Магическите свойства на стронциевите атомни часовници

С тронциевите атомни часовници имат важни приложения - от тестове на общата теория на относителността до търсене на възможни вариации във фундаменталните константи. Но прецизността на тези часовници е ограничена от трайно несъответствие между прогнозите за техните свойства и съответните наблюдения. Това несъответствие вече е коригирано от два независими изследователски екипа. Резултатите биха могли да улеснят използването на стронциеви хронометри в космическото откриване на гравитационни вълни, например.

Solution for Atomic Clock Puzzle https://t.co/t5VE9ZCp2m #divulga%C3%A7%C3%A3ocient%C3%ADfica #feedly

— Carlos FO Graeff (@FoGraeff) November 9, 2023

В най-прецизните стронциеви атомни часовници, решетка от пресичащи се лазерни лъчи, всички с една и съща „магическа“ дължина на вълната, улавя стронциеви атоми на определени места. Взаимодействието между уловените атоми и електромагнитното поле на решетката предизвиква промяна в атомните енергийни нива, използвани за отчитане на времето. Размерът на това изместване зависи от две свойства на атомите, известни като магнитно-диполна и електрическо-квадруполна поляризируемост. Но досега прогнозираните стойности на тези поляризуемости не съответстват на тези, измерени в експерименти.

Ultracold strontium atoms for distributed quantum information processing & atomic clocks developed at IISER Pune.The goal of this pgm is to develop a platform for networking quantum computers through the generation of entangled photons with atoms& transporting them to the 1/2 pic.twitter.com/6KXl9AL7R3

— Varun Karthikeyan (@Varun55484761) July 30, 2023

Двата екипа разрешават това несъответствие, като вземат предвид игнорираните преди това приноси към поляризуемостта от така наречените отрицателни енергийни състояния на атомите, които се предсказват от квантовата теория на полето. Тези приноси силно влияят върху магнитно-диполната поляризуемост на атомите, но не и върху тяхната електрическа-квадруполна поляризуемост. Сергей Порсев от Университета на Делауеър и неговите колеги обясняват тази характеристика математически. Ли-Ян Танг и колегите му от Китайската академия на науките изчисляват приноса както за стронциевите атомни часовници, така и за магнезиевите, калциевите и кадмиевите. Констатациите на екипите подчертават необходимостта от това да се вземат предвид състоянията на отрицателната енергия, когато се извършват високопрецизни изследвания на взаимодействията между светлина и материя.