ساخت ساعت اتمی نو با یون ستاره ها - ساری فان

یون های دارای بار زیاد، موادی هستند که معمولاً در کیهان مانند خورشید یا سایر ستارگان یافت می شوند. آن ها را سنگین (highly charged) می نامند؛ زیرا الکترون های زیادی را از دست داده اند و بنابراین دارای بار مثبت شدید هستند؛ در نتیجه، بیرونی ترین الکترون های موجود در یون های سنگین در مقایسه با اتم های خنثی یا دارای بار ضعیف با شدت بیشتری به هسته اتم متصل می شوند. این امر باعث می گردد یون های سنگین کمتر تحت تأثیر میدان های الکترومغناطیسی خارجی قرار گیرند؛ اما به اثرات بنیادی نسبیت خاص، الکترودینامیک کوانتومی و هسته اتم حساس تر باشند.

لوکاس اشپیس (Lukas Spieß)، فیزیکدان مؤسسه فدرال فیزیک و مهندسی در آلمان، شرح می دهد: انتظار داشتیم یک ساعت اتمی نوری با یون های سنگین به ما یاری کند که این نظریه های بنیادی را بهتر آزمایش کنیم. ما توانستیم پس زنی هسته ای الکترودینامیک کوانتومی، یک پیش بینی نظری مهم را در یک سیستم پنج الکترونی تشخیص دهیم که قبلاً در هیچ آزمایش دیگری به دست نیامده بود.

قبلاً، فیزیکدانان مجبور بودند طی سال ها کوشش، بعضی مسائل اساسی مانند تشخیص و خنک سازی را حل نمایند: برای ساعت های اتمی، باید ذرات را به شدت خنک نمایند تا آن ها به میزان ممکن متوقف شوند تا بتوان فرکانس آن ها را در حالت سکون خواند. با این حال، یون های سنگین با ایجاد یک پلاسمای بسیار داغ فراوری می شوند. یون های سنگین ساختار اتمی قدرتمندی دارند؛ بنابراین نمی توان آن ها را به صورت مستقیم با نور لیزر خنک کرد و از روش های تشخیص استاندارد نیز نمی توان استفاده کرد.

این مشکل با همکاری مؤسسه فیزیک اتمی ماکس پلانک در شهر هایدلبرگ آلمان و مؤسسه فدرال فیزیک و مهندسی (در آلمان) با جداسازی یک یون سنگین آرگون از یک پلاسمای داغ و ذخیره آن در یک تله یون همراه با یک یون بریلیُم تک اتمی حل شد. با این روش، یون سنگین به طور غیرمستقیم خنک می گردد.

محققان گام بعدی را نیز با موفقیت برداشته اند: آن ها یک ساعت اتمی نوری مبتنی بر یون های آرگون که 13 برابر بیشتر بار دارند، ساخته اند و میزان گیری زمان به وسیله آن را با میزان گیری زمان به وسیله ساعت یون ایتربیوم موجود در مؤسسه فدرال فیزیک و مهندسی مقایسه نموده اند.

5858