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Wednesday, June 16, 2021

एक दूसरे को पुनर्परिभाषित करना: दुनिया की तीन प्रमुख परमाणु घड़ियों की रिकॉर्ड सटीकता के साथ तुलना की गई

तीन ऑप्टिकल परमाणु घड़ी तुलना

NIST शोधकर्ताओं ने हवा और ऑप्टिकल फाइबर पर तीन ऑप्टिकल परमाणु घड़ियों से संकेतों की तुलना की, दो घड़ियों के साथ (Yb और अल + / Mg + द्वारा इंगित) अलग NIST-Boulder प्रयोगशालाओं में स्थित है, और एक तिहाई (Sr) 1.5 किलोमीटर की दूरी पर स्थित है। JILA। श्रेय; हनासेक / एनआईएसटी

समय की अंतर्राष्ट्रीय इकाई के भविष्य के पुनर्वितरण की दिशा में एक महत्वपूर्ण अग्रिम में, राष्ट्रीय मानक और प्रौद्योगिकी संस्थान (NIST) के नेतृत्व में एक शोध दल ने दुनिया की तीन प्रमुख परमाणु घड़ियों की तुलना रिकॉर्ड के साथ की है। शुद्धता दोनों हवा और ऑप्टिकल फाइबर लिंक पर।

25 मार्च के अंक में वर्णित है प्रकृति, एनआईएसटी के नेतृत्व वाला काम विभिन्न परमाणुओं के आधार पर तीन घड़ियों की तुलना करने वाला पहला है, और पहला हवा में विभिन्न स्थानों में सबसे उन्नत परमाणु घड़ियों को जोड़ने के लिए है। ये परमाणु घड़ी की तुलना वैज्ञानिक समुदाय को दूसरे के पुनर्वितरण के दिशानिर्देशों को पूरा करने के लिए एक कदम के करीब रखती है।

“ये तुलना वास्तव में फाइबर-आधारित और फ्री-स्पेस माप दोनों के लिए कला की स्थिति को परिभाषित कर रहे हैं – वे अब तक किए गए विभिन्न परमाणुओं का उपयोग करते हुए किसी भी घड़ी की तुलना की तुलना में 10 गुना अधिक सटीक हैं।”

नए मापक चुनौतीपूर्ण थे क्योंकि तीन प्रकार के परमाणुओं में “अलग-अलग आवृत्तियों पर” टिक “शामिल था, क्योंकि सभी कई नेटवर्क घटकों को अत्यधिक सटीकता के साथ काम करना पड़ता था, और क्योंकि वायरलेस लिंक के लिए अत्याधुनिक लेजर तकनीक और डिजाइन की आवश्यकता होती थी।

अध्ययन की तुलना की एल्यूमीनियम-आयन घड़ी तथा ytterbium जाली घड़ी, NIST बोल्डर में विभिन्न प्रयोगशालाओं में स्थित है स्ट्रोंटियम जाली घड़ी JILA में 1.5 किलोमीटर दूर NIST और कोलोराडो बोल्डर विश्वविद्यालय का एक संयुक्त संस्थान है। टीम के माप इतने सटीक थे कि अनिश्चितताएं 10 में केवल 6 से 8 भाग थीं१। – यही है, त्रुटियां 0.000000000000000008 से अधिक कभी नहीं हुईं – फाइबर और वायरलेस लिंक दोनों के लिए।

NIST शोधकर्ताओं पहले वर्णित विस्तार से कि कैसे उन्होंने दो घड़ियों, NIST ytterbium और JILA स्ट्रोंटियम घड़ियों के बीच हवा के लिंक पर समय के संकेतों को स्थानांतरित किया, और पाया कि यह प्रक्रिया फाइबर आधारित विधि और पारंपरिक वायरलेस हस्तांतरण योजनाओं की तुलना में 1,000 गुना अधिक सटीक रूप से काम करती है। यह काम दिखाता है कि कैसे सबसे अच्छी परमाणु घड़ियों को पृथ्वी पर दूरदराज के स्थलों में सिंक्रनाइज़ किया जा सकता है और, समय के साथ अंतरिक्ष यान के बीच भी लंबी दूरी पर सिग्नल स्थानांतरित किए जाते हैं।

हवा लिंक की कुंजी ऑप्टिकल आवृत्ति कंघी का उपयोग थी, जो व्यापक रूप से विभिन्न आवृत्तियों की सटीक तुलना को सक्षम करती है। NIST शोधकर्ताओं ने वायुमंडलीय अशांति और प्रयोगशाला कंपन की स्थितियों में भी हवा पर ऑप्टिकल घड़ियों की तुलना करने के लिए दो-तरफ़ा स्थानांतरण विधियों का विकास किया। कंघी-आधारित सिग्नल ट्रांसफर तकनीक थी पहले प्रदर्शन किया गया, लेकिन अत्याधुनिक परमाणु घड़ियों की तुलना में नवीनतम काम सबसे पहले था।

1967 से, दूसरे को सीज़ियम के आधार पर परिभाषित किया गया है परमाणु, जो माइक्रोवेव आवृत्ति पर टिक करता है। नई तुलनाओं में उपयोग की जाने वाली परमाणु घड़ियां बहुत अधिक ऑप्टिकल आवृत्तियों पर टिक जाती हैं, जो समय को छोटी इकाइयों में विभाजित करती हैं और इस प्रकार अधिक सटीकता प्रदान करती हैं। अगली बार मानक के रूप में एक या अधिक परमाणुओं के अंतरराष्ट्रीय समुदाय के चयन के लिए तुलना महत्वपूर्ण है।

नए NIST परिणाम में रिपोर्ट किया गया प्रकृति अन्य महत्वपूर्ण रिकॉर्ड भी बनाए। आवृत्ति विज्ञान में सबसे सटीक रूप से मापी गई एकल मात्रा है। NIST टीम ने आवृत्ति अनुपातों को मापा, परमाणुओं की आवृत्तियों के बीच के संबंध को तीन जोड़े (ytterbium-strontium, ytterbium-एल्यूमीनियम, एल्यूमीनियम-स्ट्रोंटियम) में मापा जाता है। परिणाम प्राकृतिक स्थिरांक से बने तीन सबसे सटीक माप हैं। फ़्रीक्वेंसी अनुपात को स्थिरांक माना जाता है और इसका उपयोग कुछ अंतरराष्ट्रीय मानकों और मौलिक भौतिकी सिद्धांतों के परीक्षणों में किया जाता है।

आवृत्ति अनुपात ऑप्टिकल परमाणु घड़ियों के मूल्यांकन के लिए एक मीट्रिक के रूप में एक महत्वपूर्ण लाभ प्रदान करते हैं। हर्ट्ज़ की सामान्य इकाइयों (एक चक्र प्रति सेकंड) की एक ऑप्टिकल घड़ी आवृत्ति का एक सीधा माप वर्तमान अंतर्राष्ट्रीय मानक, सीज़ियम माइक्रोवेव घड़ी की सटीकता से सीमित है। फ़्रीक्वेंसी अनुपात इस सीमा को पार करते हैं क्योंकि वे किसी भी इकाई में व्यक्त नहीं होते हैं।

फ़्रिक्वेंसी अनुपात आमतौर पर फाइबर नेटवर्क के उपयोग से लंबी दूरी पर मापा जाता है, जो कि कुछ और दूर के बीच या कुछ मामलों में उपग्रह लिंक पर स्थानांतरित माइक्रोवेव डेटा के साथ होते हैं, जो अस्थिर होते हैं।

दूसरे के पुनर्परिभाषित के दिशानिर्देशों में सबसे अच्छा ऑप्टिकल घड़ी प्रदर्शन के करीब आने वाली अनिश्चितताओं के साथ कई आवृत्ति अनुपात मापों के प्रदर्शन और सत्यापन की सिफारिश की गई है। नए अध्ययन में सभी तीन प्रकार की घड़ियाँ अब शानदार प्रदर्शन करती हैं और आगे सुधार का वादा करती हैं। उदाहरण के लिए, NIST की ytterbium घड़ियाँ, 10 में सिर्फ 1.4 भागों की संभावित त्रुटि के भीतर परमाणुओं की प्राकृतिक आवृत्ति (व्यवस्थित अनिश्चितता के रूप में जाना जाने वाला मूल्य) का प्रतिनिधित्व करती हैं।१। – एक बिलियन का लगभग एक अरबवां हिस्सा।

एनआईएसटी की नई आवृत्ति अनुपात माप, जबकि रिकॉर्ड-सेटिंग, अभी तक बहुत अच्छे नहीं हैं। लेकिन शोध टीम माप स्थिरता और घड़ी के प्रदर्शन में सुधार पर काम कर रही है, ह्यूम ने कहा।

अंतरराष्ट्रीय मानकों की अगली पीढ़ी में उनकी भूमिका से परे, ऑप्टिकल परमाणु घड़ियों को नई भौतिकी के लिए संवेदनशील जांच के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता है, जैसे कि “डार्क मैटर” ब्रह्मांड में अधिकांश सामान का गठन करने के लिए माना जाता है। ऑप्टिकल घड़ियों के तकनीकी अनुप्रयोगों में बेहतर समय और नेविगेशन प्रणाली और पृथ्वी के गुरुत्वाकर्षण आकार (भू-स्थान) को मापना शामिल है।

संदर्भ: “बोल्डर एटॉमिक क्लॉक ऑप्टिकल नेटवर्क (बीएसीओएन) सहयोग, 24 मार्च 2021 को” ऑप्टिकल घड़ी नेटवर्क का उपयोग करते हुए 18 अंकों की सटीकता पर आवृत्ति अनुपात मापक ” प्रकृति
DOI: 10.1038 / s41586-021-03253-4

इस काम में डिफेंस एडवांस्ड रिसर्च प्रोजेक्ट्स एजेंसी, एयरफोर्स ऑफिस फॉर साइंटिफिक रिसर्च, नेशनल साइंस फाउंडेशन, ऑफिस ऑफ़ नेवी रिसर्च, ने भाग लिया। नासा मौलिक भौतिकी और ऊर्जा विभाग।

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