Hay un nuevo reloj atómico en el bloque en el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología de EE. UU. (NIST), y aunque no es tan preciso como sus predecesores, tiene una gran ventaja: es lo suficientemente pequeño como para caber en su bolsillo.
el reloj de haz de escala de oblea CSBC es pequeño, aproximadamente del tamaño de un sello postal, y se basa en técnicas previamente establecidas para medir el tiempo entre átomos desarrolladas en NIST.
Alexander Staron (izquierda), William McGee y Gabriela Martinez del NIST muestran el nuevo CSBC que desarrollaron. Foto: Nido
Ahora espera, podrías estar pensando: el NIST ha tenido relojes atómicos desde hace poco tiempo. principios de la década de 2000 Cuando desarrollaron el reloj atómico a escala de chip o CSAC. Así es, y este pequeño dispositivo está inspirado en los CSAC. Lo que lo hace diferente es el proceso que utiliza para medir las frecuencias de resonancia atómica: haces atómicos, como un gigante, Fijado Los relojes atómicos se han utilizado durante mucho tiempo como el estándar estadounidense para medir el tiempo.
El físico del NIST dijo Papel CSBC Coautor William McGee. Los CSAC tienden a perder más tiempo a medida que el gas que rodea a los átomos en sus diminutas cámaras cambia de temperatura. Esta es una preocupación recurrente ya que los CSAC tienden a usarse en aplicaciones tales como exploración submarina de petróleo y gas, navegación militar y telecomunicaciones, todo lo cual puede encontrar CSAC expuestos a una variedad de condiciones.
McGee agregó que el experimento de CSBC ha consistido en ver si una combinación de CSAC y horas de paquete es factible, y parece que lo es.
contorno de haz pequeño
Relojes de rayos atómicos – el más reciente nido -7el estándar para el cronometraje en los Estados Unidos de 1993 a 1999, reemplazado en su mayoría por más precisoy, aún más grandes, relojes de fuente atómica.
Para que no piense que están desactualizados, los relojes de rayos siguen siendo útiles para medir el tiempo, y se espera que los últimos modelos solo se desvíen un segundo cada millón de años. Recientemente Los diseños de los relojes de fuente han logrado una deriva de un segundo durante 100 millones de años: súper precisos, pero no necesarios en la práctica en situaciones en las que cuanto más pequeño, mejor.
Las cavidades de microondas en los relojes de haz tendrían que ser muy grandes, de ahí su gran tamaño (NIST-7 tenía más de ocho pies de largo), pero las técnicas de microfabricación utilizadas para desarrollar CSAC abrieron la posibilidad de desarrollar canales de haz tan pequeños como 100 micrómetros de ancho y 10 milímetros de largo en un dispositivo de capas Silicona apilada y vidrio grabado.
El rubidio se usa como fuente, se calienta para excitar los átomos y hacer que emitan a través de los canales. Para evitar imprecisiones de las moléculas de gas en la cámara, el equipo incluyó materiales llamados evaporadores no evaporativos, o NEG, que pueden recolectar gases y extraer átomos de rubidio. También se incluyen pequeñas varillas de grafito para recolectar átomos perdidos que pueden afectar las mediciones.
A pesar de su diseño innovador y del hecho de que se ha demostrado que funciona, el CSBC experimental sigue siendo inexacto y funciona «a un nivel ligeramente peor que los CSAC existentes», dice el NIST. Sin embargo, el equipo todavía cree que tiene un camino a seguir.
«El enfoque de reloj de paquete presentado tiene el potencial de superar los relojes atómicos a escala de chip existentes tanto en estabilidad como en precisión a largo plazo», escribieron McGee y su equipo en su artículo. Hacerlo requeriría eliminar las causas comunes de deriva que se encuentran dentro de los 15 meses (41,45 Scaramuccis o 10,4 Trusses, para aquellos que cuentan a través de Registro L unidades) CSBC se ejecutó con fines de prueba.
Si bien el dispositivo funcionó durante más de un año «sin degradación del entorno de vacío ni saturación de las bombas negativas», el equipo observó que los cambios Doppler y Zema, los cambios de fase de la cavidad de extremo a extremo, los cambios de colisión y los cambios de luz, entre otros, todos contribuyeron a la deriva en CSBC durante las pruebas.
El equipo dijo que las pruebas futuras intentarán mejorar la estabilidad mediante la incorporación de microempaquetados ópticos y térmicos que aumentarían el tamaño a un tamaño CSAC estándar (que el NIST señala que es aproximadamente del tamaño de una pieza de sushi), pero con suerte lo harían más resistente a los cambios que desempeño de la prueba afectado.
Si tiene éxito, el equipo cree que su diseño podría usarse para la detección cuántica, la detección inercial mediante interferometría atómica, electrometría y la construcción de «relojes compactos de alto rendimiento mediante transiciones ópticas», predijeron los investigadores.
«Considere ambas fuentes comunes de deriva… la estabilidad de la frecuencia parcial final en o por debajo de un nivel [a CSAC] parece posible en un reloj de haz atómico a escala de chip”, concluyeron.®
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