ทีมนักวิจัยอิสระ 2 ทีมในสหรัฐฯ ได้ใช้เทคนิคการวัดความแตกต่างเพื่อขจัดสัญญาณรบกวนเลเซอร์ออกจากนาฬิกาอะตอม สิ่งนี้ทำให้ทีมหนึ่งสามารถสังเกตความแตกต่างเล็กน้อยว่าแรงโน้มถ่วงส่งผลต่ออะตอมที่มีความสูงน้อยกว่า 1 ซม. ได้อย่างไร หนึ่งในทีมหวังว่าเทคนิคที่ใช้งานได้จริงจะทำให้นาฬิกาอะตอมถูกนำไปใช้อย่างแพร่หลายมากขึ้นในการใช้งานต่างๆ เช่น การตรวจจับมาตรวัดและการตรวจจับ
คลื่นความโน้มถ่วง
กลุ่มที่สองเป็นกลุ่มแรกที่แสดงให้เห็นว่าเวลาที่ด้านล่างของกลุ่มอะตอมขนาดมิลลิเมตรช้ากว่าที่อยู่ด้านบน ซึ่งเป็นการยืนยันการทำนายทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์เพิ่มเติม นาฬิกาอะตอมเป็นอุปกรณ์บอกเวลาที่แม่นยำที่สุดที่ประดิษฐ์ขึ้นจนถึงปัจจุบัน พวกมันทำงานโดยใช้ความถี่
ของการเปลี่ยนแปลงที่แคบมากในอะตอมหรือไอออนเป็นมาตรฐานอ้างอิงสำหรับความถี่ของเลเซอร์ นาฬิกาปรมาณูที่ดีที่สุดนั้นมีความเสถียรมากถึงขนาดที่จะดับลงภายในเวลาน้อยกว่าหนึ่งวินาทีหลังจากดำเนินไปจนครบอายุของเอกภพความแม่นยำนี้ช่วยให้สามารถทำการทดลองที่น่าอัศจรรย์ได้
ตัวอย่างเช่น ในปี 2018 นักวิจัยจากสถาบันมาตรฐานและเทคโนโลยีแห่งชาติของสหรัฐฯ (NIST) ในเมืองโบลเดอร์ รัฐโคโลราโด เปรียบเทียบความถี่ของนาฬิกาล้ำสมัยสองเรือนที่ประกอบด้วยอะตอมของอิตเทอร์เบียมที่ติดอยู่ในโครงข่ายแสง การเปรียบเทียบนี้ทำขึ้นด้วยความแม่นยำประมาณ 1 ส่วน
ใน 10 18ซึ่งดีพอที่จะตรวจจับความแตกต่างเล็กน้อยในความถี่ของนาฬิกาสองเรือน เมื่อนาฬิกาเรือนหนึ่งอยู่สูงกว่าอีกเรือนหนึ่งเพียง 1 ซม.การขยายเวลาด้วยแรงโน้มถ่วงความแตกต่างของความถี่นี้เกิดขึ้นเนื่องจากนาฬิกาด้านล่างอยู่ใกล้กับศูนย์กลางของโลกเล็กน้อย ดังนั้นจึงมีความเร่งที่มากกว่าเล็กน้อย
เนื่องจากแรงโน้มถ่วงของโลกมากกว่านาฬิกาด้านบน สิ่งนี้ทำให้นาฬิกาด้านล่างเดินช้ากว่านาฬิกาด้านบน ซึ่งเป็นผลที่เรียกว่าการขยายเวลาด้วยแรงโน้มถ่วง ซึ่งทำนายโดยทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปความสามารถในการตรวจวัดนอกห้องปฏิบัติการอาจนำไปสู่ ”มาตรวิทยาเชิงสัมพัทธภาพ”
ซึ่งนาฬิกา
อะตอมให้ข้อมูลที่แม่นยำอย่างยิ่งเกี่ยวกับรูปร่างของโลก ภายใน และสนามโน้มถ่วง การใช้งานที่เป็นไปได้อื่นๆ ได้แก่ การตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วง ซึ่งอาจเกี่ยวข้องกับการวางนาฬิกาอะตอมประสิทธิภาพสูงในอวกาศ อย่างไรก็ตาม นาฬิกาอะตอมที่ดีที่สุดในปัจจุบันคือเครื่องมือทางวิทยาศาสตร์ที่มีความแม่นยำ
เป็นพิเศษ และการนำนาฬิกาออกไปนอกห้องทดลองโดยไม่สูญเสียความเสถียรนั้นเป็นไปไม่ได้ในปัจจุบันทีมหนึ่งที่รายงานผลลัพธ์ใหม่นำได้ดำเนินขั้นตอนสำคัญในการแก้ปัญหาความเสถียรนี้โดยการดักจับกลุ่มอะตอมของสตรอนเชียมสองกลุ่มที่ระดับความสูงต่างกันในตาข่ายออปติคัล 1 มิติ
แนวตั้งเดียวกัน ทีมงานจัดการแต่ละชุดด้วยเลเซอร์แบบเดียวกันที่มีจำหน่ายในท้องตลาด วงดนตรีทั้งสองวงอยู่ภายใต้สัญญาณรบกวนเลเซอร์แบบเดียวกัน ซึ่งค่อนข้างมากเมื่อเทียบกับอุปกรณ์ล้ำสมัยที่สร้างขึ้นที่ NISTชี้ให้เห็นว่า “คุณไม่สามารถใช้ [ระบบของเรา] เป็นนาฬิกาแบบดั้งเดิมได้…
เราไม่ได้เรียนรู้เกี่ยวกับความถี่สัมบูรณ์ แต่เรารู้ว่ามันเหมือนกันสำหรับทั้งสองวง”ได้รับผลกระทบทางเสียงอย่างเท่าเทียมกันสิ่งสำคัญคือสามารถวัดความแตกต่างเล็กน้อยในพฤติกรรมของทั้งสองวงได้เนื่องจากสัญญาณรบกวนของเลเซอร์ส่งผลกระทบต่อทั้งสองอย่างเท่า ๆ กัน นักวิจัยบรรลุ
ความไม่แน่นอนสัมพัทธ์ในการวัดความแตกต่างที่น้อยกว่า 1 ส่วนใน10 19 อย่างไรก็ตาม เนื่องจากปัจจัยการทดลองอื่นๆ พวกเขาจึงไม่สามารถสังเกตการขยายเวลาด้วยแรงโน้มถ่วงได้และเพื่อนร่วมงานได้พัฒนาเครือข่ายนาฬิกาในโครงข่ายออปติกของพวกเขาซึ่งประกอบด้วยกลุ่มอะตอมหกกลุ่ม
พวกเขายังสามารถใช้ไอโซโทปที่แตกต่างกันของสตรอนเทียมในแต่ละชุด สิ่งนี้อาจมีประโยชน์ในการค้นหาการเบี่ยงเบนจากแบบจำลองมาตรฐานของฟิสิกส์ของอนุภาค Kolkowitz อธิบาย “คุณต้องการเรียนรู้เกี่ยวกับความแตกต่างในการเปลี่ยนนาฬิกาของไอโซโทปสตรอนเทียมสองไอโซโทป”
เขากล่าว
เสริมว่า “มีข้อเสนอให้ใช้การวัดเหล่านั้นเพื่อค้นหาอนุภาคใหม่และแรงใหม่” และชี้ให้เห็นว่า จากสถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์ได้ทำการวัดโดยใช้อะตอมที่แตกต่างกันในขณะเดียวกันและเพื่อนร่วมงาน ซึ่งดำเนินการโดย NIST และมหาวิทยาลัยโคโลราโด ได้ทำการทดลองที่คล้ายกัน
โดยใช้นาฬิกาแสงสตรอนเชียมที่มีอยู่ซึ่งเป็นหนึ่งในนาฬิกาที่เสถียรที่สุดในโลก พวกเขาสามารถบรรลุความไม่แน่นอนสัมพัทธ์ที่น้อยกว่า 1 ส่วนใน 10 20เมื่อเปรียบเทียบอะตอมของสตรอนเชียมภายในกลุ่มที่ดักจับด้วยแสงที่มีความสูงเพียง 1 มม. Ye กล่าวว่า “เราวางแผนความชันเชิงเส้น
ของการขยายเวลาเป็นฟังก์ชันของระยะทางแนวตั้ง” ซึ่งเป็นผลที่ทำนายโดยทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป
ความเที่ยงตรงสูงมาก“เรายังคงใช้ประโยชน์จากสัญญาณรบกวนของเลเซอร์ที่ถูกกำจัดออกไปอย่างแตกต่างออกไป” Ye อธิบาย “แต่คุณภาพของเลเซอร์มีบทบาทสำคัญในการทดลองของเรา
ในแง่ที่ว่าการเตรียมสถานะนั้นสะอาดมากและมีความเที่ยงตรงสูงมาก”ทีม JILA หวังว่าจะปรับปรุงเทคนิคให้ดียิ่งขึ้นเพื่อให้สามารถศึกษาผลกระทบของแรงโน้มถ่วงต่อสถานะควอนตัมด้วยกล้องจุลทรรศน์ “ฉันไม่คิดว่าเราอยู่ในระดับที่สามารถพูดถึงแรงโน้มถ่วงควอนตัมได้” Ye กล่าว
ในแรงโน้มถ่วงควอนตัม แนวคิดของเวลาจะกลายเป็นหลายมิติและไม่ต่อเนื่องกัน อย่างไรก็ตาม [ผลงานในอนาคต] อาจจะนำทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปมาพบกับโลกขนาดจิ๋วและให้ความกระจ่างเกี่ยวกับความไม่สมดุลของควอนตัมโดยแรงโน้มถ่วง”ทั้งสองกลุ่มอธิบายงานวิจัยของพวกเขาในเอกสารที่แยกจากกัน
“นี่เป็นเอกสารที่สวยงาม” นักฟิสิกส์ปรมาณูแห่งสถาบันมาตรวิทยาแห่งชาติเยอรมัน กล่าว
แนะนำ 666slotclub / hob66
