Морда 26 марта

Default

Разработано квантовое устройство для абсолютно точного измерения температуры без калибровки

Ученые из Национального института стандартов и технологий США в Колорадо представили новое устройство на базе квантовых эффектов, способное максимально точно измерять абсолютную температуру в кельвинах.

Разработка, использующая гигантские атомы, призвана заменить традиционные температурные датчики и избавить исследователей от сложной многоступенчатой процедуры их настройки.

В настоящее время для получения точных температурных данных требуется цепочка коммерческих сенсоров, которые последовательно калибруются друг с другом, опираясь в конечном итоге на эталонные приборы метрологических институтов.

Хотя Международное бюро мер и весов официально определяет кельвин через фундаментальные квантовые константы, на практике для калибровки по-прежнему применяются неквантовые устройства.

Новый аппарат представляет собой небольшой бокс из металла и стекла, внутри которого в виде ловушки удерживаются атомы рубидия. С помощью лазеров физики искусственно увеличивают размер этих атомов, отодвигая внешние электроны на аномально большое расстояние от ядра. Одновременно электромагнитные поля и лазеры охлаждают атомы примерно до 0,5 милликельвина.

В таком состоянии внешние электроны атомов рубидия становятся сверхчувствительными к малейшему тепловому воздействию. При любом повышении температуры они совершают скачок в другое квантовое состояние. Поскольку эти переходы строго описываются устоявшимися математическими моделями, устройство позволяет напрямую и безошибочно вычислять разницу температур. Фактически это дает возможность заново определить кельвин на практическом уровне.

Атомы рубидия абсолютно идентичны во всем мире и ведут себя одинаково в равных условиях. Это означает, что аналогичный прибор, собранный в любой другой лаборатории планеты, будет выдавать эталонные значения без необходимости сверки с другими датчиками. Такая точность критически важна для корректной работы высокочувствительного оборудования, например, атомных часов, функционирующих при температурах, близких к абсолютному нулю.

На данном этапе аппарат является лишь прототипом. Устройство слишком громоздко для использования за пределами лаборатории (на его сборку ушло более полугода), а система фиксации квантовых состояний все еще имеет определенные погрешности. Сейчас команда исследователей работает над оптимизацией конструкции, чтобы сделать датчик более практичным и повысить его точность.