Този сайт използва бисквитки (cookies). Ако желаете можете да научите повече тукПриемам
19 октомври 2017
Категории
  •  Космос
  •  Физика
  •  Науки за земята
  •  Биология
  •  Медицина
  •  Говорят медиците
  •  Математика
  •  Научни дискусии
  •  Разни
FACEBOOK

Как се мери време без часовник

| ПОСЛЕДНА ПРОМЯНА 09 февруари 2017 в 10:0026530

Швейцарски учени са успели да измерят времето, за което един възбуден електрон напуска атома, без помощта на часовник. Това са най-късите интервали време, измервани някога.

Откритието има важни последици за фундаменталните изследвания и авангардните технологии, съобщи ЕurekАlert!.

Откритието на учени от Федералната политехническа школа в Лозана (EPFL - École polytechnique fédérale de Lausanne) е публикувано в Physical Review Letters.

Когато падне светлина върху някои материали, те отделят електрони. Това се нарича "фотоелектричен ефект", а законът, с който го обяснява, е изведен от Алберт Айнщайн през 1905, за което получава Нобелова награда. Но едва през последните години, с напредъка в лазерните технологии, учени са успели да изследват невероятно късите интервали време, в които се развива фотоелектричният ефект.

Сега изследователи от EPFL регистрираха закъснение от една милиардна част от една милиардна от секундата във фотоелектричен ефект чрез измерване на спина на излъчваните електрони, без да има нужда от ултракъси лазерни импулси. 

Фотоелектричният ефект

Фотоелектричният ефект е важен феномен, върху който се основават авангардни технологии на спектроскопия, които позволяват на учените да изучават свойствата на електроните в твърдите тела.

Спинът е присъщо квантово свойство на частиците, което може да се тълкува като проява на въртенето на частицата около собствената й ос (оттук и името му). Независимо че в буквален превод от английски spin означава “въртене”, спинът не е свързан с движение в пространството на частицата. Спинът не може да се обясни в рамките на теорията на относителността, защото ако си представяме частицата като въртяща се топка, то напречната скорост на повърхността на частицата трябва да бъде по-висока от скоростта на светлината. Според класическите представи, електроните са точкови частици, така че твърдението, че могат да се въртят около оста си, няма смисъл. Те правят само нещо сходно с въртене около ос. Степента, до която тази ос е подредена в определено направление се нарича поляризация на спина, която е това, което дава на някои материали като желязото магнитни свойства.

Въпреки големия напредък в използването на фотоелектричния ефект и поляризацията на спина на излъчваните електрони от фотоелектричния ефект, скалата на времето, в което се развива целият този процес, не е проученa в големи подробности. Предполагаше се, че след като светлина достигне материала, електроните мигновено се възбуждат и се излъчват. Но по-новите изследвания, използващи напреднали лазерни технологии оспорват това, показвайки, че всъщност има забавяне във времето от порядъка на атосекунди (1×10−18 сек.).

Време без часовник

Хюго Дил (Hugo Dil) от Лабораторията на EPFL и колегите му в Германия показаха, че по време на фотоелектричния ефект, поляризацията на спина на отделяните електрони може да е свързана с атосекундни закъснения на отделянето на електрони по време на фотоелектричния ефект. Още по-важно, те са показват това, без да е необходимо измерване - по същество, без да е необходим часовник. За да направят това, учените използват вид фотоелектронна спектроскопия (SARPES) за измерване на спина на електроните фотоизлъчващ кристал мед.

Схема на измерване с висока резолюция с фотоелектронна спектроскопия SARPES.

"С лазери може директно да се измери закъснението във времето между два различни процеса, но е трудно да се определи кога започва един процес - нулевото време", разказва Мауро Фанцули (Mauro Fanciulli), докторант на група Дил и първи автор на публикацията. "Но в нашия експеримент измерваме времето индиректно, така че нямаме този проблем - ние може да получим достъп до един от най-късите интервали, някога измервани с двете взаимно допълващи се техники [спин и лазери], и така да навлезем в съвсем ново царство на информацията".


Атомните часовници

Обикновено в атомните часовници два йона се намират в магнитен "капан" в рамките на няколко микрометра един от друг. Учените "стрелят" по йоните с лазер и електроните в атома преминават от едно състояние (с по-ниска енергия) в друго (с по-висока) при облъчването - изберат едно от двете състояния – условно нула и единица. По колебанията между тези състояния се отчита времето. Постига се невероятна точност - изоставане от 1 секунда за над милиарди години.

Една от основните слабости на атомните часовници, заяви Дийл е, че работата им са нужни точни "обикновени" часовници, необходими за да се регулира работата на лазера и да се определи времето, когато един йон поглъща лазерния импулс и след това да излъчва своя собствен. Това определя предела на точността на най-усъвършенстваните атомни часовници днес, а качеството на лазерните импулси е изключително трудно да се повиши.


Препоръчани материали

Няма коментари към тази новина !

 
Още от : Новини

Всички текстове и изображения публикувани в OffNews.bg са собственост на "Офф Медия" АД и са под закрила на "Закона за авторското право и сродните им права". Използването и публикуването на част или цялото съдържание на сайта без разрешение на "Офф Медия" АД е забранено.