Представьте себе термометр, способный измерять температуру с такой точностью, о которой раньше можно было только мечтать. Учёные сделали это возможным, используя гигантские атомы, известные как атомы Ридберга, открывая новую эру в измерении температуры.
Неожиданное открытие в мире атомов
В мире науки точность измерения температуры всегда была ограничена возможностями существующих приборов. Однако команда учёных из Национального института стандартов и технологий (NIST) совершила прорыв, создав термометр, основанный на принципах квантовой физики. Этот прибор использует атомы рубидия, разогнанные до таких высоких уровней энергии, что их размер в тысячу раз превышает обычный.
"Мы создали термометр, который может давать точные показания температуры без калибровки, которая требуется нынешним термометрам."
— Ноа Шлоссбергер, учёный NIST
Как работают атомы Ридберга?
Атомы Ридберга — это атомы, в которых электроны находятся на очень высоких орбитах, что делает их чрезвычайно чувствительными к внешним воздействиям. В эксперименте учёные заполнили вакуумную камеру газом из атомов рубидия и с помощью лазеров и магнитных полей охладили их почти до абсолютного нуля, около 0,5 милликельвина. Затем с помощью лазеров они подняли крайние электроны атомов на очень высокие орбиты, в результате чего атомы стали примерно в 1000 раз больше, чем обычные атомы рубидия.
Почему это важно?
Традиционные термометры требуют предварительной настройки или калибровки на заводе, поскольку они опираются на основные принципы квантовой физики. Новый квантовый термометр не нуждается в такой калибровке, что позволяет проводить точные измерения, которые можно напрямую проследить по международным стандартам.
Применение в реальном мире
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. Новый метод позволит измерять излучение именно там, где оно влияет на точность часов.