시간을 2000억 배 정확하게 측정
새로운 연구에서는 원자 주파수의 노이즈를 제어하여 원자 시계의 정밀도를 두 배로 높여 보다 정확한 시간을 제공합니다.
정확한 시간이 없으면 세상의 어떤 전자제품도 작동하지 않을 것입니다.GPS 내비게이션, 인터넷 데이터 전송, 주식 거래 및 통신 네트워크에 대한 시간을 유지합니다.이 시계를 원자시계라고 합니다.그들은 원자가 고정되고 안정된 속도로 자연적으로 "주파수 진동"하는 방식을 측정하여 작동합니다.
현재 대부분의 원자시계는 초당 100억 번 이상 진동하는 세슘 원자를 사용합니다.레이저는 이러한 원자 틱과 일치하여 완벽한 시간을 유지합니다.
그러나 최신 광학 원자시계는 이터븀과 같은 원자를 사용하는데, 이 원자시계는 훨씬 더 빠르게 초당 약 100조 번 똑딱거립니다.진동이 빠를수록 시간이 더 정확해집니다. 그러나 이러한 광학 시계는 양자 잡음이라는 문제에 직면합니다.양자 잡음으로 인해 원자의 미세한 진동을 명확하게 측정하는 것이 더 어려워집니다.
새로운 접근 방식은 광학 원자 시계의 정밀도를 두 배로 높여 새로운 방법을 적용하지 않은 동일한 설정에 비해 초당 두 배 더 많은 틱을 식별할 수 있게 해줍니다.또한 그들은 원자시계의 원자 수에 따라 방법의 정밀도가 꾸준히 증가할 것으로 예상합니다.
MIT 과학자들은 이제 이 잡음을 줄이고 광학 시계를 더욱 안정적으로 만드는 방법을 개발했습니다.전역 위상 분광법(Global Phase Spectroscopy)이라고 불리는 그들의 새로운 방법은 레이저의 빛이 얽힌 이테르븀 원자와 어떻게 상호 작용하는지 살펴봅니다.빛이 이러한 원자에 닿으면 빛과 원자가 어떻게 상호작용했는지에 대한 작은 기억(전역상)이 생성됩니다.
이전에 과학자들은 이 효과가 중요하지 않다고 생각했지만 MIT 팀은 이것이 실제로 레이저 주파수에 대한 정보를 전달한다는 것을 발견했습니다.
이 시계를 사용하여 과학자들은 암흑 물질과 암흑 에너지를 감지하고 실제로 네 가지 기본 힘만 있는지 테스트하고 심지어 이 시계가 지진을 예측할 수 있는지 확인하려고 노력하고 있습니다.
연구진은 양자 증폭과 시간 반전 기술을 사용하여 이 위상 신호를 강화할 수 있었습니다.이는 일반적으로 잡음으로 인해 손실되는 더 작은 주파수 변화를 클록이 감지하는 데 도움이 됩니다.결과적으로 새로운 방법은 광학 원자시계의 정밀도를 두 배로 높이고 레이저를 더욱 안정적으로 만듭니다.