Unohdettu Elementti Voisi Määrittää Ajan Uudelleen

{h1}

Lutetium, harvinainen maa-elementti, joka on unohtunut jaksollisen pöydän pohjasta, voi olla avain entistä tarkempien kellojen käyttöön.

Paljon voi tapahtua sekunnissa; voit tavata muukalainen, snap sormesi, rakastua, nukahtaa, aivastaa. Mutta mikä on toinen, todella - ja onko se niin tarkka kuin luulemme olevan?

Tällä hetkellä tarkimmat kellot, joita kerrottiin globaaliksi ajaksi, ovat noin 1 sekunnin välein 300 miljoonan vuoden välein - joten kellonaika, joka alkoi tikittää dinosaurusten ajalla, ei olisi enää vielä toistaiseksi. Mutta tiedemiehet ajattelevat voivamme paremmin. [18 suurinta ratkaisematonta mysteeriä fysiikassa]

Niinpä he etsivät lutetiumia, laiminlyötyä harvinainen maa-elementti, joka on kerännyt pölyä jaksollisen pöydän pohjasta, julkaistu 25. huhtikuuta julkaistussa Nature Communications -lehdessä julkaistussa tutkimuksessa.

Miksi yksi sekunti toinen sekunti?

Vanhoina päivinä toinen määriteltiin keskimääräisen auringon päivän fraktioksi (1/86400), maapallon vuorokauden ympäri tapahtuvan kiertoakselin ympäri. Mutta maapallon pyöriminen voi vaihdella hieman, joten tiedemiehet päättivät lopettaa taivaan skannaamisen kalibroidakseen kellojamme ja skaalata asioita alas - atomien tasolle, aineksen näkymättömille rakennuspalikoille.

Vuonna 1967 kansainvälinen paino- ja toimenpidekomitea määritteli toisen ajanjaksoksi, jonka aikana cesium-atomi tarvitsee tarpeeksi energiaa, jotta se olisi innoissaan eli sen elektronien siirtyminen energiatilasta toiseen. Jotta tämä tapahtuisi, atomin on pulsoitava täsmälleen 9 192 631 770 mikroaaltosäteilyn sykliä.

Tutkijat John P. Lowe, Robert E. Drullinger ja projektin johtaja David J. Glaze (vasemmalta oikealle) ovat Cesium-atomin kellon vieressä, jonka he kehittivät nimellä NIST-7. Kello toimi National Standards and Technology -instituutissa, joka vastasi pitääkseen aikaa Yhdysvalloissa vuosina 1993-1999, mutta on sittemmin korvattu tarkemmilla cesiumkelloilla.

Tutkijat John P. Lowe, Robert E. Drullinger ja projektin johtaja David J. Glaze (vasemmalta oikealle) ovat Cesium-atomin kellon vieressä, jonka he kehittivät nimellä NIST-7. Kello toimi National Standards and Technology -instituutissa, joka vastasi pitääkseen aikaa Yhdysvalloissa vuosina 1993-1999, mutta on sittemmin korvattu tarkemmilla cesiumkelloilla.

Luottamus: National Standards and Technology Institute

Vaikka tämä luku saattaa tuntua satunnaiselta, se tulee mittaamaan mikroaaltojen taajuutta, joita tarvitaan cesiumatomien herättämiseksi keskimäärin 1 sekunnin aikaisemman määritelmän keskiarvoon. Nämä mittaukset otettiin lähes kolmen vuoden kuluttua, Scientific American raportoi.

Tällä hetkellä sadat cesium-atomikellot ovat vastuussa maailmanlaajuisen ajan säilyttämisestä ja GPS-navigoinnin valvonnasta. Mutta viimeisen vuosikymmenen aikana on syntynyt toisen sukupolven atomikelloja, joita kutsutaan "optisille kellolle", ja ne ovat 100 kertaa tarkempi kuin cesium-lajike. Uudet kellot toimivat täsmälleen samalla tavoin kuin cesiumia, paitsi että ne käyttävät atomeja kuten alumiinia tai ytterbiumia, jotka tulevat innoissaan näkyvän valon korkeammilla taajuuksilla (ts. Ns. "Optinen"), eivätkä hitaammat mikroaallot. Tämä korkeampi taajuus lisää entistä enemmän tietopisteitä "toisen" määritelmään, mikä tekee mittauksesta tarkemman. [7 outoa tietoa Quarkista]

Ymmärtääkseen tätä, kuvitellaan erilaiset kellot parin hallitsijoiksi, sanoi Murray Barrett, Singaporen kansallisen yliopiston fysiikan professori ja uuden tutkimuksen johtava kirjoittaja. Jos vanhempi "cesium" -viivain mittaa viivaa, joka on 20 senttimetriä (7,9 tuumaa) pitkä, tarkempi "optinen" viivaaja voi mitata viivan myös esimerkiksi 200 millimetrillä.

Vaikka optiset kellot ovat hyvin tarkkoja, saa ne toimimaan hyvin pitkään ja pysyvät vakaina ympäristöissään, voi olla ongelmallista, Barrett sanoi. Huoneen lämpötila voi muuttaa atomeihin vaikuttavia sähkömagneettisia kenttiä, jotka puolestaan ​​voivat vinoutua ajan mittaukseen, Barrett sanoi. Joten, cesiumkellot ovat edelleen "paljon luotettavampia niiden toteutuksessa kuin [uudet] optiset kellot", Barrett kertoi WordsSideKick.com.

Tee vähemmän herkkiä atomikelloja

Uudessa tutkimuksessa Barrett ja hänen tiiminsä todettiin, että lutetium-ioni on vähemmän herkkä ympäristön lämpötilan muutoksille kuin mitä tahansa muuta elementtiä käytetään optisissa kelloissa, mikä tekee siitä vahvan ehdokkaan palvelemaan päällikön ajan haltijaa.

Lutetium-atomit voivat myös auttaa korvaamaan toisen ongelman, joka vaikuttaa aikamittaukseen. Koska näissä kelloissa käytetyt atomit ovat latautuneet, he hieman vääntyvät edestakaisin aallon aiheuttamien sähkömagneettisten kenttien (näkyvän valon, mikroaaltojen jne.) Vuoksi - ja tämä voi vinoutua ajan mittaukseen. Tutkijat kutsuvat tämän nopean taaksepäin ja eteenpäin liikkeelle "mikrometionsiirron".

Koska tutkijat joutuvat kompensoimaan tämän muutoksen, on todella vaikeaa kehittää atomikaaleja, joissa on useampi kuin yksi ioni - mikä tekisi tällaiset kellot käytännöllisemmiksi, Barrett sanoi. Mutta joukkue totesi, että he voisivat käyttää luonnollista ominaisuutta tiettyyn lutetiumioniin, jotta nämä "mikromuutto-siirtymät" poistettaisiin.

Tämä on kuitenkin edullista: ne atomit muuttuivat herkemmäksi huoneen lämpötilaan. Tämä kompromissi voisi rajoittaa uuden löydöksen vaikutusta, ja atomin lutetium ei ehkä ole "todellinen pelimuuttaja", sanoi Pariisin observatorion fyysikko Jérôme Lodewyck, joka ei kuulunut tutkimukseen.

Mutta tämä "laadukas työ" lisää toisen mahdollisen atomilajin pitkäaikainen luettelo ajankäyttäjä ehdokkaista, joka on "varallisuuden metrologit" haluavat vertailla erilaisia ​​kellot, Lodewyck sanoi. [Mikä tuo on? Vastautetut fysiikan kysymykset]

Ilman kertovaa aikaa

Vaikka Barrett sanoi, että lutetium "on erittäin lupaava", hän ei usko, että on olemassa suuri kiire määritellä toinen optisilla kelloilla, koska cesiumkellot tekevät hienosti asioita, kuten saada meidät, mihin meidän on mentävä.

Mutta erittäin tarkat optiset kellot saattavat mahdollistaa uusien sovellusten ", jotka eivät yksinkertaisesti olisi mahdollista nykyisen tekniikan avulla", Barrett sanoi.

Esimerkiksi kellot ovat herkkiä siihen, missä he istuvat maailmassa, koska aika on vakavasti vääristynyt Albert Einsteinin yleisen suhteellisuusteorian mukaan. Juuri nyt, atomikellot maapallolla eivät pysty havaitsemaan vähäistä ajallisuutta, joka tapahtuu maapallon painovoiman takia. Mutta jos tutkijat voisivat sijoittaa erittäin tarkkoja optisia kelloja ympäri maailmaa, tämä asennus voisi auttaa tutkijoita suunnittelemaan planeettamme gravitaatiokentän, Barrett sanoi.

Lisäksi erittäin tarkat atomikellot voisivat havaita materiaalia ja energiaa, jota emme vielä näe, Lodewyck sanoi. Se voi sisältää pimeää ainetta, joka käyttää painovoimaista vetovoimaa, mutta ei ole vuorovaikutuksessa tavallisen valon kanssa, ja tumma energia, salaperäinen voima, joka näyttää kiihdyttävän maailmankaikkeuden laajentumista, hän sanoi.

Näin se voisi toimia: Jos tiedät taajuuden, joka tarvitaan jonkin atomien innostamiseksi toisen aikakehyksen aikana, voit käyttää näitä eri kelloja eri puolilla maailmaa havaitsemaan mahdolliset erimielisyydet kuin normaalisti. On olemassa "joitain teorioita, jotka sanovat, että pimeä aine on ympärillämme, joten jos ylitämme pimeän aineen, tämä häiritsisi kelloa", Lodewyck kertoi WordsSideKick.com.

Voimme jopa olla sovelluksia, joita emme voi ajatella juuri nyt, Barrett sanoi. "Varmasti, kun aloitimme ensimmäisen kerran laivanvaihdossa käytettävien kellojen kehittämisen, emme koskaan kuvitelleet ajatusta siitä, että joku voisi kävellä ja tietää tarkalleen, missä he ovat suuressa kaupungissa."

Alunperin julkaistu WordsSideKick.com.


Video Täydentää: Culture in Decline | Episode #2.




Tutkimus


Googol, Googolplex - Ja Google
Googol, Googolplex - Ja Google

Miten Bay Bridge Rakennettiin?
Miten Bay Bridge Rakennettiin?

Tiede Uutiset


Mitä Geenit Tekevät Kuoleman Jälkeen Voi Auttaa Tutkijoita Rikasta Rikoksia
Mitä Geenit Tekevät Kuoleman Jälkeen Voi Auttaa Tutkijoita Rikasta Rikoksia

Etelämantereen Jäälehden Tiivistelmä Liittyy Antiikin
Etelämantereen Jäälehden Tiivistelmä Liittyy Antiikin "Mega Flood"

Aivolisäkkeiden Riski: Miksi Terveydentarve Koskee Lapsia, Teini-Ikäisiä
Aivolisäkkeiden Riski: Miksi Terveydentarve Koskee Lapsia, Teini-Ikäisiä

Naiset Usein Epämiellyttävät Tapa Lisätä Mahdollisuuksia Tulla Raskaaksi
Naiset Usein Epämiellyttävät Tapa Lisätä Mahdollisuuksia Tulla Raskaaksi

Red Hot Chili Peppers Kaipaa Vettä, Aivan Kuin Heidän Kuluttajansa
Red Hot Chili Peppers Kaipaa Vettä, Aivan Kuin Heidän Kuluttajansa


FI.WordsSideKick.com
Kaikki Oikeudet Pidätetään!
Jäljentämistä Materiaalien Sallittu Vain Prostanovkoy Aktiivinen Linkki Sivustoon FI.WordsSideKick.com

© 2005–2019 FI.WordsSideKick.com