Гибрид атомных часов и сверхточных весов

18.01.2013

Физики создали новый вид атомных часов на основе атома цезия, которые можно использовать не только в качестве хронометра и эталона времени, но и как сверхточные весы, что позволит в ближайшем будущем связать эталоны массы и времени, говорится в статье, опубликованной в журнале Science.

"Точность наших часов превышает семь частей на миллиард. Такая погрешность соответствует сдвигу на одну секунду за восемь лет, что примерно соответствует точности первых атомных часов на базе цезия, созданных 60 лет назад. (С другой стороны), эти часы, в комбинации с лучшими сферами Авогадро, помогут нам дать новое определение килограмма. Частота "тиков" в наших часах эквивалентна массе одного атома, а зная ее, мы можем вычислить массу всего образца", - заявил руководитель группы ученых Хольгер Мюллер (Holger Mueller) из университета Калифорнии в Беркли (США).

Как объясняют физики, атомы и электроны представляют собой не только микрочастицы, но и волны. Благодаря этому они обладают теми же свойствами, что и электромагнитные волны, в том числе частотой и амплитудой. Собственная частота колебаний атомов получила название комптоновской, в честь американского физика Артура Комптона, одного из ионеров квантовой механики.

По словам авторов статьи, трудности в измерении и наблюдении за подобными колебаниями делали их практическое использование в качестве "метронома" или часов невозможным. Группа Мюллера смогла преодолеть эти трудности, использовав широко известный "парадокс близнецов". Согласно этому парадоксу, время будет течь медленнее для объектов, путешествующих с достаточно высокой скоростью. Благодаря этому человек, совершивший путешествие к далекой звезде и вернувшийся обратно, будет моложе, чем его брат-близнец на Земле.

Авторы статьи приспособили этот феномен для измерения частоты колебаний атомов цезия. В их экспериментальных часах присутствует два атома-"близнеца". Один из них покоится, а второй - перемещается по емкости с высокой скоростью. Благодаря этому число колебаний, которые будут совершать оба атома за единицу времени, будет заметно различаться. За их поведением следит специальный прибор - атомный интерферометр, показания которого обрабатываются при помощи специального компьютерного алгоритма. Эта программа сравнивает картинки, которые возникают после столкновений лазерного луча и атомов цезия на датчиках интерферометра, и вычисляет комптоновскую частоту одного из них.

Так как эта частота постоянна и зависит лишь от массы частицы, то ее можно использовать в качестве основы для сверхточных часов. Первый прототип атомных часов Мюллера и его коллег не является рекордсменом по точности - он примерно в 100 миллионов раз уступает лучшим аналогам на основе других технологий. С другой стороны, подобные часы можно использовать и для совершенно иных целей, наиболее привлекательной и перспективной из которых выступает создание нового стандарта массы. Как объясняет Мюллер, измерив точное значение комптоновской частоты, можно измерить массу частицы, что позволит точно определить значение килограмма и связать его с секундой.

<< Назад: Пыле-, влагозащищенные объективы Canon Dust Donuts 18.01.2013

>> Вперед: Ручные рентгеновские сканеры 17.01.2013

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Ритм сердца влияет на восприятие и чувства 08.03.2026

Связь между сердцем и мозгом выходит далеко за пределы привычного представления о том, что сердце просто качает кровь. Новые исследования показывают, что сердечный ритм способен прямо влиять на восприятие внешнего мира и на эмоциональное состояние человека, открывая уникальный диалог между физиологией и сознанием. Работа сердца делится на две основные фазы: систолу и диастолу. Во время систолы сердечная мышца сокращается и выталкивает кровь в сосуды, а при диастоле сердце расслабляется, позволяя крови вернуться внутрь. Хотя мозг не управляет каждой конкретной фазой сокращений, он регулирует частоту сердечных сокращений в зависимости от состояния организма: в стрессовой ситуации пульс учащается, а в спокойном состоянии снижается. Однако взаимодействие между сердцем и мозгом двустороннее: мозг реагирует на сигналы от сердца так же, как сердце откликается на команды мозга. Международная группа исследователей проанализировала мозговую активность в зависимости от сердечного цикла. Они ...>>

Молекулы ДНК как новые носители данных 08.03.2026

С ростом объемов цифровой информации ученые ищут новые методы хранения данных, способные сочетать высокую плотность, долговечность и энергоэффективность. Одним из самых перспективных направлений становится использование молекул ДНК - естественного носителя генетической информации, который способен сохранять данные в течение тысяч лет при подходящих условиях. Недавние исследования показывают, что ДНК может стать не только архивом, но и полноценным перезаписываемым носителем информации. Исследователи из Университета Миссури создали систему, позволяющую записывать, стирать и повторно записывать данные в молекулах ДНК. Ранее ДНК использовалась в основном для долговременного архивирования информации, что делало носитель одноразовым. Новый подход превращает молекулярный носитель в полноценный цифровой накопитель с возможностью редактирования содержимого. Принцип работы устройства основан на естественном "языке" ДНК: в отличие от обычных компьютеров, где данные кодируются последовательн ...>>

Получение кислорода из лунного грунта 07.03.2026

Освоение Луны требует решения множества задач, связанных с обеспечением жизнедеятельности и функционированием оборудования в условиях ограниченных ресурсов. Одной из ключевых проблем является доставка кислорода с Земли, что значительно увеличивает стоимость и сложность космических миссий. Новые технологии позволяют получать кислород непосредственно на поверхности Луны, открывая путь к автономным и долговременным экспедициям. В центре исследований NASA находится метод извлечения кислорода из лунного реголита - рыхлого слоя измельченных пород, покрывающего поверхность спутника. Реголит содержит значительное количество окислов, включая окись железа и диоксид кремния, которые являются потенциальным источником кислорода. По оценкам специалистов, до 40% массы реголита приходится на химически связанный кислород. Ключевым элементом технологии является электролиз расплавленного реголита. Процесс предполагает пропускание электрического тока через сильно нагретый материал, что приводит к вы ...>>

Летающая электростанция S2000 07.03.2026

Развитие возобновляемой энергетики заставляет инженеров искать новые способы использования природных ресурсов. Одним из самых перспективных направлений остается ветровая энергия, однако традиционные наземные турбины имеют ряд ограничений. Их мощность зависит от условий у поверхности земли, а для установки таких установок требуется значительное пространство. Поэтому исследователи все чаще обращают внимание на более высокие слои атмосферы, где воздушные потоки значительно сильнее и стабильнее. Именно эту идею воплощает экспериментальная система S2000 - первая в мире летающая электростанция, предназначенная для выработки электроэнергии на большой высоте. Недавно в китайской провинции Сычуань был зафиксирован подъем необычного аппарата, внешне напоминающего дирижабль из научно-фантастических фильмов. На самом деле это высокотехнологичная энергетическая установка, способная улавливать энергию ветра примерно на высоте двух километров. Испытания проводились в городе Ибинь. Там инженеры ...>>

Газированная вода помогает поддерживать концентрацию геймеров 06.03.2026

Современный киберспорт требует от игроков не только быстрой реакции, но и способности долго сохранять высокий уровень концентрации. Во время продолжительных игровых сессий мозг испытывает значительную когнитивную нагрузку, что со временем приводит к утомлению и снижению точности принимаемых решений. Поэтому исследователи все чаще изучают способы поддержания внимания без использования сильных стимуляторов, таких как кофеин или сахар. Как выяснила команда ученызх в составе Шиона Такахаши, Ватара Косуги, Сейичи Мизуно и Такаши Мацуи, неожиданным помощником в поддержании концентрации может оказаться обычная несладкая газированная вода. Результаты их исследования показали, что сильно карбонизированная вода способна помогать геймерам сохранять ментальный фокус во время длительных игровых сессий. Примерно через три часа непрерывной игры у многих участников начинает проявляться так называемая когнитивная усталость. Она выражается в замедлении реакции, снижении точности решений и общем ос ...>>

Случайная новость из Архива Новая схема управления сложными роботизированными системами 22.01.2017 Инженеры из Чжэцзянского университета (Китай), под руководством доктора Чжицзюня Фу (Zhijun Fu) предложили новую управления сложными роботизированными системами - более быструю, эффективную и дешевую, чем традиционные. Простыми роботами управлять несложно: цели их работы примитивны, а переменных немного, их разброс невелик и хорошо понятен. Другое дело - сложные роботы, тем более когда они объединены в системы. Для нелинейных систем придумать эффективную систему управления гораздо сложнее. "Мы не можем применить имеющиеся методы, основанные на акторах, для прямого управления нелинейными системами", - сформулировал эту проблему другими словами доктор Фу. Актор - человек или программа, которой нужно заранее объяснить, что делать, и он (или она) потом не будет от этой схемы отступать. Вместо актора ученые из Чжэцзянского университета предложили взять за основу системы управления наблюдателя, который анализирует показатели системы, чтобы контролировать ее работу оптимальным образом. Если параметры системы изменятся, наблюдатель сможет перестроиться. Технически это реализуется с помощью нейросети, которая анализирует в реальном времени входные и выходные сигналы с каждого робота. Нейросеть обладает достаточной гибкостью и способностью к самообучению, а быстрая обработка входных и выходных сигналов, без их сохранения, позволяет избежать перегрузки. В результате такая управляющая система должна получиться быстрой, дешевой и эффективной.

Смотрите полный Архив новостей науки и техники, новинок электроники

www.diagram.com.ua
2000-2026