Glemt Element Kunne Omdefinere Tiden

{h1}

Lutetium, et sjældent jordelement, der er glemt i bunden af ​​det periodiske bord, kunne være nøglen til endnu mere præcise ure.

Meget kan ske om et sekund; du kunne møde en fremmed, snap dine fingre, forelske sig, falde i søvn, nyser. Men hvad er et sekund, virkelig - og er det så præcist, som vi tror det er?

Lige nu har de mest præcise ure brugt til at fortælle global tid en fejl på ca. 1 sekund hvert 300 millioner år - så et ur, der begyndte at tikke på dinosaurs tid, ville ikke være ude med endnu et sekund i dag. Men forskere mener, at vi kan gøre det bedre. [De 18 største uløste mysterier i fysik]

Så ser de på lutetium, et forsømt sjældent jordartsmateriale, der har samlet støv i bunden af ​​det periodiske bord, ifølge en ny undersøgelse, der blev offentliggjort 25. april i tidsskriftet Nature Communications.

Hvorfor er et sekund 1 sekund langt?

I gamle dage blev et sekund defineret som en brøkdel (1/86400) af den gennemsnitlige soldag, jordens 24-timers rotation rundt om sin akse. Men jordens rotation kan variere lidt, så forskerne besluttede at stoppe med at scanne himlene for at kalibrere vores ure og nedskalere tingene nedad - til niveauet af atomer, de usynlige byggesten af ​​materie.

I 1967 definerede Den Internationale Komité for Vægte og Foranstaltninger den anden som den tid det tager for et cæsiumatom at absorbere nok energi til at blive begejstret - det vil sige for dets elektroner at hoppe fra en energitilstand til den næste. For at dette skal ske, skal atomet pulseres med nøjagtigt 9,192,631,770 cykler af mikrobølgestråling.

Forskere John P. Lowe, Robert E. Drullinger og projektleder, David J. Glaze (fra venstre mod højre) står ved siden af ​​et cæsiumklok, de udviklede kaldet NIST-7. Dette ur var hjemme hos National Institute of Standards and Technology og var ansvarlig for at holde tiden i USA fra 1993 til 1999, men er siden blevet erstattet af mere præcise cæsiumklokker.

Forskere John P. Lowe, Robert E. Drullinger og projektleder, David J. Glaze (fra venstre mod højre) står ved siden af ​​et cæsiumklok, de udviklede kaldet NIST-7. Dette ur var hjemme hos National Institute of Standards and Technology og var ansvarlig for at holde tiden i USA fra 1993 til 1999, men er siden blevet erstattet af mere præcise cæsiumklokker.

Kredit: Statens institut for standarder og teknologi

Skønt dette tal måske forekommer tilfældigt, kommer det fra at måle frekvensen af ​​mikrobølger, der er nødvendige for at spotte cæsiumatomer i gennemsnittet af den tidligere definition på 1 sekund. Disse målinger blev taget over et tidsrum på næsten tre år, rapporterede Scientific American.

I øjeblikket er hundredvis af cæsiumklokker ansvarlige for at holde global tid og kontrollere GPS-navigation. Men i løbet af det sidste årti er en anden generation af atomure fremkaldt, kaldet "optiske ure", og de er 100 gange mere præcise end cæsium-sorten. De nye ure arbejder på nøjagtig samme måde som cæsiumerne, medmindre de bruger atomer som aluminium eller ytterbium, der bliver ophidset af højere frekvenser af synligt lys (dermed navnet "optisk") i stedet for de langsommere mikrobølger. Denne højere frekvens tilføjer flere datapunkter til definitionen af ​​en "anden", hvilket gør målingen mere præcis. [7 mærkelige fakta om Quarks]

For at forstå dette, forestill dig de forskellige typer ure som et par herskere, siger Murray Barrett, en associeret fysikprofessor ved National University of Singapore og hovedforfatteren af ​​den nye undersøgelse. Hvis den ældre "cesium" linjal måler en linje, der er 20 centimeter lang, kan den mere præcise "optiske" linjal også måle linjen som for eksempel 200 millimeter.

Mens optiske ure er meget præcise, kan få dem til at køre i meget lang tid, og at forblive stabile i deres omgivelser, være problematisk, siger Barrett. Et rums temperatur kan ændre de elektromagnetiske felter, der virker på atomer, hvilket igen kan skævme tidsmåling, sagde Barrett. Således er cæsiumklokkerne stadig "meget mere pålidelige i deres gennemførelse end [de nye] optiske ure," fortalte Barrett WordsSideKick.com.

At lave mindre følsomme atomure

I deres nye undersøgelse fandt Barrett og hans team, at en lutetiumion er mindre følsom over for ændringer i omgivelsestemperaturen, end der er andre elementer til optiske ure, hvilket gør det til en stærk kandidat til at tjene som mestertidsmålmand.

Lutetiumatomer kan også hjælpe med at kompensere for et andet problem, der påvirker tidsmåling, fundet holdet. Fordi atomerne i disse ure er opladet, svinger de lidt frem og tilbage som reaktion på de elektromagnetiske felter, der er skabt af bølgerne (synligt lys, mikrobølger osv.) - og dette kan skævme tidsmåling. Forskere kalder denne hurtige fremadgående og fremadrettede bevægelse et "mikromotionsskift".

Fordi forskere skal kompensere for dette skift, er det virkelig svært at udvikle atomure med mere end en ion - hvilket ville gøre sådanne ure mere praktiske, sagde Barrett. Men holdet fandt ud af, at de kunne bruge en naturlig egenskab i en bestemt type lutetiumion for at afbryde disse "mikromotionsskift".

Dette kommer dog til en pris: Disse atomer blev mere følsomme over for rummets temperatur. Denne afvejning kan begrænse virkningen af ​​det nye fund, og atom lutetium er måske ikke en "rigtig spilveksler", siger Jérôme Lodewyck, fysiker ved Paris Observatory, som ikke var en del af undersøgelsen.

Men dette "højkvalitetsarbejde" tilføjer en anden mulig atomart til den lange liste over tidtagerkandidater, der er et "rigdom for metrologer", der søger at sammenligne forskellige ure, sagde Lodewyck. [Hvad er det? Dine fysiske spørgsmål besvaret]

Udover at fortælle tid

Selvom Barrett sagde lutetium "er ekstremt lovende", tror han ikke, at der er et stort skynd at omdefinere det andet ved hjælp af optiske ure, da cæsiumklokker gør det fint med ting som at få os, hvor vi skal gå.

Men meget præcise optiske ure kan muliggøre nye applikationer "det ville simpelthen ikke være muligt med vores nuværende teknologi," sagde Barrett.

Klokker er for eksempel følsomme over for hvor de sidder i verden, fordi tiden er forvrænget af tyngdekraft, ifølge Albert Einsteins teori om generel relativitet. I øjeblikket kan atomkvarter på Jorden ikke opdage den minimale tidsforskydning, der opstår på grund af Jordens tyngdekraft. Men hvis forskere kunne placere meget præcise optiske ure rundt om i verden, kunne denne opsætning hjælpe forskere med at kortlægge vores planets gravitationsfelt, sagde Barrett.

Endvidere kunne meget præcise atomklinger registrere materiale og energi, som vi endnu ikke kan se, Lodewyck sagde. Det kunne omfatte mørkt materiale, som udøver et tyngdekraftstræk, men alligevel ikke interagerer med almindeligt lys, og mørk energi, den mystiske kraft, der synes at fremskynde universets ekspansion, sagde han.

Sådan kan det virke: Hvis du kender frekvensen, der er nødvendig for at excitere nogle atomer i et tidsrum på et sekund, kan du bruge disse forskellige ure rundt om i verden for at registrere eventuelle forskelle ud over det, du normalt ville forvente. Der er "nogle teorier, der siger, at mørkt materiale er omkring os, så hvis vi krydser et stykke mørkt materiale, ville det forstyrre uret," fortæller Lodewyck til WordsSideKick.com.

Der kan endda være applikationer, vi ikke kan tænke på lige nu, sagde Barrett. "Når vi først begyndte at udvikle ure med henblik på skibsnavigation, havde vi aldrig forestillet os tanken om at nogen kunne gå rundt og vide præcis, hvor de er i en storby."

Oprindeligt udgivet den WordsSideKick.com.


Video Supplement: .




Forskning


X-Prisen: Spurring Innovation Gennem Konkurrence
X-Prisen: Spurring Innovation Gennem Konkurrence

Alt I Håndleddet: Smart Jacket Houses Touch-Screen Tech
Alt I Håndleddet: Smart Jacket Houses Touch-Screen Tech

Videnskab Nyheder


Batty Image: Alabama'S Bat Hibernation Cave
Batty Image: Alabama'S Bat Hibernation Cave

Hvorfor Mænd Dør Før Kvinder
Hvorfor Mænd Dør Før Kvinder

Samsung Galaxy S5: Tips Til Brug Af S Health App
Samsung Galaxy S5: Tips Til Brug Af S Health App

Næsten Buzzed Eller Super Stoned? En App Kunne En Dag Afsløre, Hvor Højt Du Er
Næsten Buzzed Eller Super Stoned? En App Kunne En Dag Afsløre, Hvor Højt Du Er

Typhus Udbrud Bundet Til Lopper Sickens Dusinvis I La
Typhus Udbrud Bundet Til Lopper Sickens Dusinvis I La


DA.WordsSideKick.com
All Rights Reserved!
Reproduktion Af Materialer Tilladt Kun Prostanovkoy Aktivt Link Til Webstedet DA.WordsSideKick.com

© 2005–2019 DA.WordsSideKick.com