롤렉스는 좋지만 this 진정으로 우아한 시계입니다. 물리학 자들은 새로운 유형의 시계가 가장 작은 물질을 무게로하여 시간을 유지한다고 말했다. 다르게 작동하는 표준 원자 시계와 비교할 때 새 시계는 시간을 유지합니다. 그러나 질량과 시간을 연결 함으로써이 기술은 킬로그램의 양자 역학적 재정의로 이어질 수 있습니다.
콜로라도 대학, 볼더 및 국립 표준 기술 연구소 (National Institute of Standards and Technology)가 공동으로 운영하는 실라 (Jila)의 물리학자인 존 홀 (John Hall)은“이 화려한 실험은 킬로그램을 재정의하는 도로가 열리고있다.
표준 원자 시계는 원자가 내부 구조가 하나의 "Quantum State"에서 다른 "Quantum State"로 점프함에 따라 특정 주파수에서의 빛과 같은 전자기 방사선을 흡수 할 수 있다는 사실을 이용합니다. 시계는 본질적으로 원자를 이러한 주파수로 조정 된 방사선에 노출시키고, 이는 시계의 똑딱 거리는 역할을합니다. 공식 세계 시간을 유지하는 원자 시계는 1016 년에 3 개 부분에 정확하기 때문에 1 억 년 만에 1 초 미만을 얻거나 잃게됩니다.
버클리 캘리포니아 대학교의 물리학자인 홀거 ül 러 (Holger Müller)는 다른 방식으로 시간을 유지할 수 있다고 말합니다. 거대한 입자는 입자가 단지 거기에있는 경우에도 위아래로 진동하는 양자 파로 설명해야합니다. 원자가 무겁할수록 플래핑의 주파수가 높을 수 있으며, 이는 Compton 주파수로 알려져 있습니다. 원칙적으로, 양자 진동은 시간을 유지하는 데 사용될 수 있습니다.
실제로, 원자의 Compton 주파수는 너무 높아서 초당 백만 억 달러 사이의 전자 카운터로 측정하기에는 너무 높습니다. 그래서 Müller, 그의 학생 Shau-Yu Lan 및 동료들은 이번 주 Science 에서 온라인으로 온라인으로보고하는 Albert Einstein의 상대성 이론을 이용하는 실험에서 그것을 추적하는 방법을 고안했습니다. .
연구원들은 탐지기를 향한 공간을 통과하는 세슘 원자의 퍼프로 시작합니다. 그 과정에서, 원자는 약간 다른 주파수를 가진 두 개의 반대 레이저의 펄스를 만난다. 펄스는 구름을 2로 나누고 구름의 절반은 정상적으로 떨어집니다. 다른 하나는 상반기에서 밀려 나서 따라 잡기 위해 뒤로 밀려납니다.
여기에 상대성이 들어가는 곳이 있습니다. 클라우드의 고집이없는 절반의 관점에서 후반은 멀어지고 뒤로 이동합니다. 그 후반은 초당 몇 센티미터로 움직이고 있기 때문에 아인슈타인의 특수 상대성 이론에 의해 예측 된 이상한 시간 팽창 덕분에 시간이 조금 느려지는 것처럼 보일 것입니다. 따라서 클라우드의 절반에 대한 양자 파는 클라우드의 전반전보다 약간 느리게 진동합니다.
구름이 재결합 할 때, 그 진동의 차이는 그것들이 겹치고 "간섭하는"방법에 영향을 미칩니다. 연구원들이 두 레이저 주파수의 차이를 바로 맞추면 재조합 파가 "건설적으로"방해하여 구름이 탐지기로 떨어집니다. 그리고 그 조건에서 간단한 방정식은 "차이 주파수"와 관련하여 시계의 진드기처럼 읽을 수 있으며 원자의 Compton 주파수와 두 레이저의 평균 주파수가 훨씬 낮습니다.
이것은 레이저의 성가신 평균 빈도를 제외하고는 연구원들이 원하는 거의입니다. 그 주파수가 독립적 인 입력으로 남아있는 한, 전체 체계는 시계를 설정하는 데 사용되는 모든 시계에 의존하며 독립적 인 시계가 아닙니다. 이 문제를 해결하기 위해 연구원들은 알려진 다중 차이 주파수에서 레이저의 평균 주파수를 고정시키는 주파수 빗이라는 정교한 피드백 시스템을 사용합니다. 그런 다음 평균 레이저 주파수는 방정식에서 떨어지고 차이 주파수가 Compton 주파수의 알려진 분율로 설정됩니다. 시계의 똑딱 거리는 속도는 세슘 원자의 질량만으로 설정됩니다.
이 실험은 "투어 드 포스 (Tour de Force)"라고 홀은 2005 년 노벨 물리학 상을 주파수 빗을 개발하는 역할을 공유했다. 그러나이 리그의 정밀도는 1 억에 불과한 부분 일 뿐이라고 원자 시계와 경쟁 할 수 있다는 주장은 "특정 물질을 흡연하는 것이 캘리포니아에서는 합법적이라고 믿게한다"고 말했다.
접근 방식의 실제 가치는 킬로그램을 재정의하는 데 발생할 수 있다고 Hall은 말합니다. 킬로그램은 국제 유물, 프랑스의 세 베르스 (Sèvres)에있는 국제 체중 및 조치에 의해 보관 된 백금-이리듐 실린더로 정의 된 국제 유닛 시스템의 마지막 물리적 단위입니다. 그러나 그 표준은 반복적으로 청소함에 따라 수십 년 동안 꾸준히 더 가벼워 졌다고 그는 말했다.
Compton 주파수의 측정은 장치를 정의하는 또 다른 방법을 제공합니다. 연구원들은 단순히 플랑크의 상수를 정의 할 수 있으며, 원자의 질량을 얻기 위해 해당 빈도를 곱 해야하는 숫자를 정의 할 수 있습니다. 원자의 Compton 주파수를 측정하면 킬로그램에서 질량의 정확한 값을 제공합니다. 실제로, Müller의 실험은 기존 장치 시스템 내에서 Planck의 상수 측정으로 재 해석 될 수 있다고 Hall은 말합니다. 파리의 École Normale Supérieure의 François Biraben이 이끄는 팀은 매우 유사한 기술을 사용하여 더 나은 측정을 생성했다고 덧붙였다.
킬로그램이 이런 식으로 재정의 되더라도 여전히 일상 생활의 거시적 규모로 번역하기 위해 노력할 것입니다. Jila의 물리학 자 Steven Cundiff는“미세한 원자에서 슈퍼마켓으로 가져갈 수있는 것, 설탕 킬로그램을 구입할 때 킬로그램이라고 보장 할 수있는 먼 길이 있습니다. Avogadro Project라는 킬로그램 정의 이니셔티브를 가진 연구원들은 정확한 수의 원자를 함유 한 실리콘 구체를 만들어이 차이를 연결하려고 노력하고 있습니다. 과학자들이 실리콘 원자의 질량을 못 박을 수 있다면, 구체는 그 질량을 거시적 스케일로 번역 할 것이다.
