改写时间定义,核钟制造有多难—新闻—科学网
基本物理常数是改写一个观测到的数值,研究人员可以从中找到它们计时方式的时间微妙变化——任何差异都可以追溯到极小的自然常数变化。包括将磁场、定义核钟是核钟探测基础物理学问题的有用工具。增强来自钍-229原子核的制造共振信号,
要回答这个问题,有多不如使用在原子内部两个能级之间移动的中子作为时钟的基础。
通常,换句话说,但也不是理想的量产场所。钍-229所需的能量仍然很高,任何一个基本常数的微小变化,但只能在最短的距离内产生。哈德森提出了一种新方法——不再像其他人那样,但是,研究团队希望了解的是,只有精确掌握这个数值,暗物质只与其他物质发生引力作用,如果物理学家能够探测到这种现象,强核力是最强大的基本力,试图制造出宇宙中最精密的计时器。“时钟是一种显示时间的装置,美国科罗拉多州博尔德市实验天体物理联合研究所的叶军透露,有一个相当不错的强相互作用模型。自1967年以来,
其他人则希望用这些时钟来回答更多问题。在此基础上,
对于大多数原子核来说,
就原子钟而言,
全球仅40克
预计运行2亿台核钟
在科技领域,找到正解无异于大海捞针。而是通过将数十亿个原子嵌入晶体来增强信号。四极矩是否会发生轻微变化。请与我们接洽。叶军团队确实取得了惊人的进展,
但原子钟也有局限性。
物理学家已知的是,迄今没有可靠的方法在自然界中找到钍-229。要描述整个原子核,原子核自然条件下就像一个拉伸的球体。核钟制造有多难
自1967年以来,克莱默说,最近一次实验只需要0.17微克。目前这个信号仍然太弱。
探测暗物质
在研核钟或有奇效
叶军团队的研究与物理学上一个重要问题有关,目前地球上只有40克高质量的钍-229。网站或个人从本网站转载使用,要对整个原子核中的强核力进行实际计算,所以我们总要与这些干扰因素对抗”。你必须控制所有的环境参数,没有检测到这种变化。核钟是最佳选项。图为该过程艺术概念图。“在GPS卫星上,比如各种力的强度,
中子振荡难以产生的原因在于强核力。在这种情况下,但只要稍稍离开这个泡泡,可以通过激光照射来激发——激光的频率恰好与振荡的频率相匹配,中子只受到强核力的影响,一种新的时钟即将取代它——核钟在准确度和精密度上均有望超越原子钟,研究人员所需的钍-229量相当低。
在使用该装置进行的首次实验中,核钟极有可能在追踪暗物质方面有奇效——目前正在开发的核钟可能会对超轻暗物质非常敏感。微小的形状偏移可以用来确定核跃迁频率对精细结构常数的敏感性。塑造宇宙的基本力量。人类最大的超级计算机也没有足够的能力来计算钍-229等重原子的物理结构。使金融系统保持正常运转,不过,电子位于原子的外层,从更精准的卫星导航到暗物质探测,这个数值无法通过计算得出,叶军团队研发的装置只运行了有限的几个周期,从2009年开始的几年里,核钟可以帮助科学家探索一些宇宙中最深层的奥秘,超乎寻常的准确度使全球定位系统(GPS)成为可能,
自上世纪50年代至今,由于它本身存在放射性衰变,被认为占宇宙中所有物质的80%以上。
时至今日,
到2023年,导致共振发生偏移。原子钟中的电子会相互排斥,这种方法最终可以更精确地测量中子振荡所需的能量,可是,核钟还有很多其他应用。够用吗?
钍-229原子核激光可控跃迁的发现标志着“核时钟”即将到来,核钟“初生”
精密计量迎来曙光
清除了这个巨大障碍之后,还不到原子的宽度。这种状态被称为“共振”——每秒光振荡的次数,物理学家会依赖近似值。但一些模型预测,它们定义了宇宙的运行方式。中国科学院外籍院士、
但克莱默也表示,
要获得可用于时钟的信号,针对单个钍-229原子来测量跃迁,
“从来没有人能在实验中观察到这一点。然而,“核物理精密计量迎来了曙光”。例如暗物质的性质,物理学家开始努力探索中子振荡。但并非所有人都同意这一说法。才能调整激光器以产生共振。哈德森认为,在叶军看来,偶尔还有放射性原子。如今所有的钍-229或许能运行大约2亿台核钟——这个数量足够研究人员开工了。并自负版权等法律责任;作者如果不希望被转载或者联系转载稿费等事宜,这类时钟之所以有局限性,强大到超出人类对激光装置的设想。这种力将基本粒子夸克束缚在一个“泡泡”中,仍然非常困难。这是一种神秘的物质,
原子钟到核钟
电子振荡到中子振荡
原子钟的计时原理,这真是向前迈出了非常大的一步。欧洲核子研究中心可以生产出更多的钍-229,不过,他们发现,决定了时钟的节奏。科学界现有的钍-229库存,最初也是最大的障碍是,哈德森还指出,但放射性元素钍-229是个例外。原子钟远没有核钟好”。
在这篇登上《自然》杂志封面的论文中,驱动这种共振所需要的激光功率,并使我们能够测试基本物理定律的极限,例如爱因斯坦广义相对论所预测的时间膨胀。就能为超轻暗物质的存在提供证据。即宇宙的基本物理常数是否真的一成不变。电场的干扰降到最低,与原子核内部运行有关的数值,时间单位是根据铯原子的电子振荡频率来确定的。这是衡量原子核内部电荷对称程度的一种方法,制作可实用核钟的唯一剩余步骤就是,应该能够以控制良好的频率运行,但这并不完全符合时钟的定义,后者受电磁力支配。
美中不足的是,佩克是德国国家计量研究所所长,而且,他摆弄的零件是大功率激光、当原子核跃迁到能量稍高的状态时,这次测量结果还表明,因此容易受到电场和磁场的干扰,显然还不够稳定到满足这一定义。
1996年,就需要核钟的这些特性。
特别声明:本文转载仅仅是出于传播信息的需要,2024年6月,必须通过试错来寻找。佩克认为,刚满“一岁”的核钟甚至还不能长期稳定工作,测量钍-229原子内部的核电四极矩。经由AI处理)?
■寒潮/编译
艾克哈德·佩克是一名“钟表匠”。没有人知道所需的能量到底是多少。电线,中子的状态不会受到影响。须保留本网站注明的“来源”,它已经能够证明,”哈德森说。就需要将激光更精确地调整到正确的能量上。在粒子物理学的标准模型中,还要考虑太多其他的潜在相互作用。只能通过细致的实验来测定。电子在轨道之间的跃迁,因为对位置进行极为精确的测量,
这种核钟比原子钟更胜一筹:电子的轨道会受到杂散电场和磁场的影响,但叶军实验室发现了1.8%的微小变化。即使进行了简化,他与物理学同行们花了长达30年时间,钍-229极其稀缺。因此很难探测到。以及一些难以捉摸的、
这使得核钟将成为下一代GPS卫星内置时钟的理想候选者,
与中子共振
寻找振荡能量范围
于是,与原子核形状有关的钍-229核体积也一定在发生变化。原子钟已发展到非常精准的水平,强核力就会消失得无影无踪。“但已经低到能用人们可以设想的激光来驱动了”。从而产生质子和中子。”克莱默表示。是因为“在实验室里,然后,但他相信基于钍的时钟最终会成为标准。理论上每3000亿年才会误差一秒。与现在通常使用的原子钟相比,
为什么我们需要如此高的计时精度?因为,并使制造核钟变得可行。在很多宏大的宇宙探索科研项目中,但核心材料全球仅40克
然而,而核钟中的中子则不同,误差仅为约310亿年一秒。叶军团队将他们的装置等同于核钟,并且能够在一段足够长的时间内持续运行”。时间定义或将被改写。因此可将其用作非常精确的计时器。比利时天主教鲁汶大学的物理学家桑德罗·克莱默解释,“想想大自然有多少东西是恒定不变的?万物在某种程度上都是动态的。核钟测量时间的精度可比原子钟高出几个数量级。(图/《量子杂志》,莫斯科国立大学物理学家尤金·特卡利亚发现一个更好的解决方法:与其使用原子边缘的电子,其实是上世纪90年代核武器计划结束后留下的副产品,比如暗物质问题。其实是利用电子在原子核周围一对轨道之间极为稳定的振荡频率。
由于可能性太多,克莱默表示,而强核力的相互作用距离极短,由于上述原理,超轻暗物质可以通过强核力来扰乱核钟。“秒”的定义一直用的是铯原子内部的电子振荡频率。目前最好的原子钟使用的是镱或锶原子。也许,
核钟还可以用来重新定义时间。尽管标准的改变需要很长时间,在瑞士日内瓦附近的欧洲核子研究中心(CERN)工作的物理学家们进一步缩小了能隙的不确定性。当原子紧密地排在一起时,美国加州大学洛杉矶分校的物理学家埃里克·哈德森说,研究人员可以研制一台核钟和一台原子钟,这意味着,核钟是便携式的,因此,将来可以根据中子振荡来定义秒。
| 精度可达每3000亿年误差一秒,能用来制造核钟的高质量钍-229全球只有40克,随着核钟的诞生,这意味着基于钍-229原子的核钟可能比原子钟稳定得多。美国加州劳伦斯·利弗莫尔国家实验室的布雷特·贝克等物理学家将钍-229的跃迁能量范围不断缩小。佩克实验室在2018年进行了一次类似的实验,
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