Сегодня 19 июля 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 🔥
Новая статья: Cast n Chill — вы, сэр, рыба. Рецензия 4 ч.
Возвращение к шутерам от первого лица: Ubisoft подтвердила разработку новой Ghost Recon 4 ч.
Кооперативный боевик Contraband от создателей Just Cause всё ещё жив, но оказался игрой-сервисом 6 ч.
Meta отказалась соблюдать «чрезмерные» правила разработки ИИ, предложенные ЕС 7 ч.
Microsoft уличили в допуске китайцев к секретным облачными системами Пентагона 7 ч.
Legacy of the Forge «уже не за горами» — Warhorse раскрыла, когда ждать новостей о втором дополнении к Kingdom Come: Deliverance 2 7 ч.
Перевод на русский, Denuvo и первые детали геймплея: Persona 4 Revival получила страницу в Steam 8 ч.
Netflix призналась, что начала использовать ИИ при создании сериалов 10 ч.
Фэнтезийная 4X-стратегия Endless Legend 2 от создателей Humankind не выйдет 7 августа в раннем доступе Steam, но есть и хорошая новость 10 ч.
iOS 26 защитит пользователей iPhone от телефонных спамеров 11 ч.
Углеродные выбросы Amazon выросли в 2024 году на 6 % из-за ИИ ЦОД и любителей шопинга 3 ч.
Австрийцы упаковали электромобильный аккумулятор в корпус из дерева и стали 6 ч.
В Роттердаме запустят беспилотные рейсовые автобусы между городом и аэропортом 7 ч.
Asus представила материнскую плату ROG Strix X870-H Gaming WiFi7 S с ярким аниме-дизайном 7 ч.
ASRock представила плату X870E Taichi OCF для экстремального разгона Ryzen 9000 и другие новинки с AM5 10 ч.
США намерены ослабить влияние Китая на подводную интернет-инфраструктуру, но у них это вряд ли получится 11 ч.
Российские учёные создали фотонный детектор с «обонянием» — он учует опасные газы в воздухе, диабет и алкогольную вечеринку 12 ч.
Передовые твердотельные батареи в электромобилях появятся в лучшем случае через пять лет 12 ч.
В России впервые запущено производство особо чистого тетрахлорида германия для выпуска оптоволокна 13 ч.
Китайский охотник за астероидами испытал камеры на Земле и Луне — и поделился впечатляющими снимками 14 ч.