Naukowcy z National Institute for Standards and Technologies (NIST) zgłosili tworzenie najdokładniejszych i nie wymagających kalibracji termometru atomowego, który może znaleźć zastosowanie w nauce, przestrzeni i produkcji. Praca urządzenia opiera się na zasadach fizyki kwantowej, a zatem nienaganna. Nowoczesne termometry naukowe wymagają długoterminowej kalibracji i nawet w tym przypadku nie gwarantują dokładnych pomiarów, z których termometr atomowy jest bezpłatny.
Rozwiązanie badaczy z NIST opiera się na atomach Reidberga SAM. Są one często wytwarzane przez atomy Rubidia. Aby to zrobić, konieczne jest pompowanie ekstremalnego elektronu tak bardzo, że zwiększa odległość od jądra o trzy rzędy wielkości. Aby zrozumieć skalę, wyobraź sobie, że jądro atomu o wymiarach 1 mm. Wtedy wielkość „zawyżonego” atomu wynosiłaby 30 m. Elektron w takiej odległości od jądra (w tym atomie) jest wrażliwy na zewnętrzne objawy pól magnetycznych i energii. A ponieważ wszystko jest powiązane z fizyką kwantową (właściwości cząstek elementarnych), wszystkie te stany i energia są obliczane z dokładnością 12 znaków po dziesiętnym.
Zatem pomiary z udziałem atomów Reidberga będą niewiarygodnie dokładne nawet domyślnie, po prostu polegając na podstawowych właściwościach wszechświata (z zaangażowaniem niezbędnego sprzętu i algorytmów obliczeniowych). Jednak wydaje się, że ta prostota wydaje się być. Jednak sprzęt do zorganizowania takiego termometru stał się dość kompaktowy i może być stosowany w produkcji.
W termometrze atomowym atomy Rubidia są chłodzone do temperatury zbliżonej do bezwzględnego zera (do 0,5 mk). Zmniejsza to własne fluktuacje atomów (ich energii) do minimalnego poziomu. Chmura atomów Rubidia jest utrzymywana w przestrzeni z polem elektromagnetycznym, uniemożliwiając mu kontakt ze ścianami aparatu. Następnie chmura jest napromieniowana laserami, a najdalsze elektrony pochłaniają energię, po czym przechodzą na orbitę z 1000-krotnie przekraczającymi standardowe orbity.
Następnie pozostaje monitorowanie zachowania zdalnych elektronów, które pochłaniają lub dają energię z otaczającej przestrzeni. Energia ta jest równoważna temperaturze zmierzonego obiektu i jest przenoszona do fotonów emitowanych przez niego. Podczas odbierania i dawania energii elektronom zmieniają orbity i zgodnie z tymi zmianami można obliczyć temperaturę obiektu z ekstremalną dokładnością. Pomiary są wykonywane w sposób bezkontaktowy, co w wielu przypadkach jest bardzo wygodne.
Ten przełom nie tylko otwiera drogę dla nowej klasy termometrów, ale jest również szczególnie ważny w godzinach atomowych, ponieważ ich dokładność może cierpieć z powodu losowego ogrzewania. „Godziny atomowe są wyjątkowo wrażliwe na zmiany temperatury, co może prowadzić do małych błędów w ich pomiarach” – wyjaśnili naukowcy. „Mamy nadzieję, że ta nowa technologia pomoże uczynić nasz zegar atomowy jeszcze bardziej dokładny”.
Wszystko to doprowadzi do nowych możliwości w nauce, w obliczeniach kwantowych, poprawi autonomiczną nawigację w długiej przestrzeni (przede wszystkim) i przydaje się w wielu innych obszarach.
