Сегодня 16 ноября 2025
18+
MWC 2018 2018 Computex IFA 2018
реклама
Новости Hardware

Квантовая физика помогла создать сверхточный атомный термометр

Учёные из Национального института стандартов и технологий США (NIST) сообщили о создании наиболее точного и не требующего калибровки атомного термометра, который может найти применение в науке, космосе и производстве. Работа прибора строится на принципах квантовой физики и поэтому безупречна. Современные научные термометры требуют длительной калибровки и даже в этом случае не гарантируют точных измерений, от чего свободен атомный термометр.

 Источник изображения: NIST

Источник изображения: NIST

В основе решения исследователей из NIST лежат так называемые ридберговские атомы. Таковыми часто делают атомы рубидия. Для этого необходимо крайний электрон так накачать энергией, что он на три порядка увеличивает расстояние от ядра. Для понимания масштаба представьте, что ядро атома размерами 1 мм. Тогда размер «накаченного» атома составил бы 30 м. Когда атом становится ридберговским, размеры атома увеличились бы до 1000 раз, что в нашем примере соответствовало бы 30 км. Электрон на таком удалении от ядра (в настоящем атоме) чувствителен к внешним проявлениям магнитных полей и энергий. А поскольку всё завязано на квантовую физику (свойства элементарных частиц), то все эти состояния и энергии рассчитываются с точностью до 12 знака после запятой.

Тем самым измерения с привлечением ридберговских атомов будут невероятно точными даже по умолчанию, просто опираясь на фундаментальные свойства Вселенной (с привлечением необходимого оборудования и вычислительных алгоритмов). Впрочем, эта простота, конечно же, кажущаяся. Однако оборудование для организации подобного термометра стало достаточно компактным и вполне может быть использовано на производстве.

В атомном термометре атомы рубидия охлаждают до температуры, близкой к абсолютному нулю (до 0,5 мК). Это снижает собственные колебания атомов (их энергию) до минимально уровня. Облако атомов рубидия при этом удерживается в пространстве электромагнитным полем, не давая ему контактировать со стенками камеры. После этого облако облучают лазерами, и самые дальние электроны поглощают энергию, после чего они переходят на орбиты с 1000-кратным превышением стандартных орбит.

После этого остаётся следить за поведением удалённых электронов, которые поглощают или отдают энергию из окружающего пространства. Эта энергия эквивалентна температуре измеряемого объекта и переносится излучаемыми им фотонами. Получая и отдавая энергию, электроны меняют орбиты и по этим изменениям можно с чрезвычайной точностью рассчитать температуру объекта. Измерения производятся бесконтактным способом, что во многих случаях весьма удобно.

Этот прорыв не только открывает путь для нового класса термометров, но и особенно важен для атомных часов, поскольку их точность может пострадать от случайного нагрева. «Атомные часы исключительно чувствительны к изменениям температуры, что может привести к небольшим погрешностям в их измерениях», — пояснили учёные. — Мы надеемся, что эта новая технология поможет сделать наши атомные часы ещё более точными».

Всё это приведёт к новым возможностям в науке, в квантовых вычислениях, улучшит автономную навигацию в дальнем космосе (в первую очередь) и пригодится во многих других областях.

Источник:

Если вы заметили ошибку — выделите ее мышью и нажмите CTRL+ENTER.
Материалы по теме

window-new
Soft
Hard
Тренды 🔥
Игровой движок Unreal Engine 6 выпустят значительно раньше ожидаемого 3 ч.
Apple сократила вдвое комиссию для разработчиков мини-приложений 3 ч.
В Госдуме предлагают штрафовать российские ресурсы за авторизацию пользователей через Gmail 7 ч.
Новая статья: Dispatch — помощь уже в пути. Рецензия 23 ч.
Новая статья: Gamesblender № 752: три «железных» анонса Valve, новый перенос GTA VI и «конечная» Halo Infinite 23 ч.
Grokipedia Илона Маска основывается на сомнительных источниках, заявили учёные 15-11 20:13
В соцсети X появился полноценный мессенджер с шифрованием 15-11 17:42
Илон Маск перенёс выпуск ИИ-модели Grok 5 на следующий год — есть вероятность, что она будет на уровне человека 15-11 16:41
Logitech подтвердила утечку данных со своих серверов после вымогательской атаки хакерами Clop 15-11 16:38
Broadcom упростила сертификацию оборудования для VCF для ускорения внедрения современных частных облаков 15-11 16:14
Intel Core Ultra 290K, 270K и 250K получат увеличенные частоты, больше E-ядер и поддержку DDR5-7200 2 ч.
Китайская Lisuan Tech разослала партнёрам образцы своей видеокарты с производительностью как у RTX 4060 2 ч.
Apple не планирует выпускать новый Mac Pro 3 ч.
SilverStone показала корпус FLP03 в стиле бежевых ПК 1980-х для Micro-ATX-сборок 3 ч.
Ни доходов, ни рабочих мест: льготы для дата-центров не приносят ничего хорошего большинству штатов США, но отказаться от них трудно 5 ч.
Qualcomm представила чипы Dragonwing IQ-X для индустриальных Windows-компьютеров 10 ч.
Google инвестирует $40 млрд в строительство трёх ЦОД в Техасе 10 ч.
Не жили богато: капитальные затраты Tencent в III квартале сократились на четверть из-за недоступности ИИ-ускорителей 11 ч.
Сроки окупаемости ускорителей ИИ остаются загадкой для участников рынка 14 ч.
Apple ускорила поиски нового генерального директора, Тим Кук может уйти уже в следующем году 15 ч.