Основная часть новой установки для охлаждения и улавливания атомов рубидия
Томаш Кавалец CC BY-SA 4.0
Лучшее и более надежное определение температуры могло бы дать квантовое устройство, полное гигантские атомы.
В то время как некоторые страны измеряют температуру в градусах Цельсия, а другие — в градусах Фаренгейта, физики повсюду используют единицу измерения, называемую кельвином. Ноль Кельвина обозначает самую низкую температуру, допускаемую известными законами физики, поэтому говорят, что кельвин измеряет «абсолютную температуру». Однако на практике, убедившись в том, что когда ты измеряешь один кельвин, это действительно один кельвин, это трудоемкий процесс.
«Если вы хотите провести абсолютное измерение температуры, вы покупаете коммерческий датчик температуры, который был откалиброван другим коммерческим датчиком температуры, который был откалиброван другим коммерческим датчиком температуры и т. д. И один из этих датчиков в какой-то момент был отправлен в Национальный институт стандартов. [and Technology]», — говорит Ной Шлоссбергер в НИСТ в Колорадо.
Он и его коллеги теперь создали устройство, использующее квантовые эффекты для измерения Кельвина, которое исследователи могут использовать вместо того, чтобы привлекать кого-то другого для калибровки своих датчиков.
Устройство представляет собой небольшой ящик из металла и стекла, содержащий захваченные атомы рубидия. Исследователи доводят эти атомы до экстремальных размеров, используя лазеры для перемещения самых удаленных электронов необычно далеко от ядра, и до экстремальной температуры, используя как лазеры, так и электромагнитные поля, чтобы захватывать и захватывать их. охладить атомы примерно до половины милликельвина, что примерно в 600,00 раз выше комнатной температуры.
В результате крайние электроны в атомах рубидия становятся чрезвычайно чувствительный даже при небольшом повышении температуры и «перепрыгивании» в другое квантовое состояние при воздействии одного из них. Именно эти скачки делают устройство отличным датчиком температуры, поскольку существуют хорошо зарекомендовавшие себя математические модели, которые могут определить разницу температур, необходимую для их создания, что фактически позволяет переопределить кельвин в этих терминах.
Международное бюро мер и весов определяет кельвин аналогичным образом – как произведение нескольких квантовых констант – но на практике даже такие учреждения, как NIST, используют неквантовые устройства для калибровки. Есть надежда, что новое устройство даст квантовое определение Кельвина, при котором калибровка не потребуется.
“Каждый атом рубидия в мире совершенно одинаковый, и в одной и той же среде они будут вести себя совершенно одинаково. Я могу восстановить устройство на другом конце света, и оно будет точно таким же”, – говорит Шлоссбергер. По его словам, это особенно важно для обеспечения правильной работы высокоточных устройств, таких как атомные часыкоторый может работать только при очень низких температурах Кельвина.
Но новое устройство все еще является прототипом, и поэтому оно все еще имеет несовершенства, например, в том, как обнаруживаются квантовые состояния. Кроме того, он слишком громоздкий, чтобы его можно было покинуть лабораторию, и на его постройку ушло более шести месяцев. Сейчас исследователи работают над оптимизацией его конструкции, чтобы сделать его более практичным и повысить точность.
Шлоссбергер представил работу 16 марта на выставке Глобальный физический саммит Американского физического общества в Колорадо.
Темы:
2026-03-26 08:00:00
1774535854
#Температура #получает #новое #определение #помощью #квантового #устройства
Ещё по этой теме
