Lézeres atomóra, forradalmi pontosság a Ni12+ segítségével

Ni¹²⁺: az új reménység

Egy nemzetközi kutatócsoport, többek között a Delaware-i Egyetem, a Physikalisch-Technische Bundesanstalt és a Max Planck Nukleáris Kutatóintézet munkatársai most egy új sztárra, a Ni¹²⁺ ionra – vagyis a 12 elektrontól megfosztott nikkelre – tették le a voksukat. A Ni¹²⁺ egyik átmenetének rendkívüli „tiltottsága” miatt különösen ígéretes, mivel ez extrém stabilitást ígér az optikai órának. Mindazonáltal, éppen a tiltottsága miatt az első becslések szerint akár egy évig is eltarthatott volna maga a keresés, ha hagyományos módszerekkel próbálkoztak volna.

Elmélet és kísérlet: gyors siker

A csapat azonban elegáns trükkhöz folyamodott: a korábbiaknál jóval pontosabb elméleti számításokat végzett, hogy szűkítse a keresési tartományt. Az eredmények alapján már néhány óra alatt sikerült megtalálni a keresett átmenetet, holott annak természetes vonalszélessége a bizonytalansági tartomány ezermilliomoda volt. Ehhez egy Ti:Sa (titán-zafír) lézert használtak, amelynek a fényhullámhossza nem rögzített, hanem széles frekvenciatartományban változtatható – így egyszerre nagyobb tartományokat tudtak átnézni. A Ni¹²⁺-ban egy segédátmenetet is alkalmaztak, amely visszajelzést adott arról, hogy jó helyen keresgélnek-e, majd „oszd meg és uralkodj” stratégiával addig szűkítették a tartományt, amíg meglett a „tű a szénakazalban”.

Mérési áttörés és jövőkép

A siker titka az elméleti és kísérleti módszerek kombinációja – a mért rezonancia elképesztően jól egyezett a modellel. Ez mutatja, hogy mostantól más, sok elektronnal dolgozó rendszerek átmeneteire is gyorsan rá lehet találni. A Ni¹²⁺ stabil átmenetét sikerült azonosítani, ami új kapukat nyit: egy ilyen alapú óra építése következik. A várakozások szerint a Ni¹²⁺ optikai óra akár pontosabb is lehet, mint a jelenlegi csúcstechnológiájú órák, mivel a nagyfokú töltésű ionokat kevésbé zavarják a külső körülmények.

Világosabb jövő a metrológiában és fizikában

Összefoglalva, az új megközelítés megalapozza a nagy töltésű ionokra épülő szuperpontos időmérő rendszerek fejlesztését; ez pedig nemcsak az időmérés pontosságát javíthatja, hanem a fizika új alapvető törvényeinek feltérképezésében és új jelenségek azonosításában is segíthet. Jelentős, hogy a módszer más atomrendszerek vizsgálatában is áttörést hozhat, tovább bővítve a tudomány lehetőségeit.

2025, adminboss, phys.org alapján