Немецкие ученые создали самые точные оптические атомные часы на основе единственного иона иттербия

Группа экспертов по атомным часам из немецкого метрологического института Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) стала первой в мире группой, которой удалось создать оптические атомные часы на основе единственного иона, имеющие точность, которая до этого была достижима разве что только в теории. Эта теория была разработана в 1981 году Хансом Георгом Демельтом (Hans Georg Dehmelt), немецким физиком, который в 1989 году удостоился чести стать лауреатом Нобелевской премии в области физики. И согласно этой теории, единственный ион, пойманный в высокочастотной ловушке, может стать основой атомных часов, погрешность работы которых составляет неимоверно малую величину, 10^-18.

C того времени различные группы ученых неоднократно предпринимали попытки создания оптических атомных часов, основанных на одном ионе или на группе нейтральных атомов. Однако, ученым из PTB удалось стать первыми, кто добрался до финишной черты. Их оптические часы с единственным ионом иттербия продемонстрировали относительную систематическую погрешность измерения времени в 3*10^-18.

Эталоном измерения времени, определяющим значение соответствующей величины в системе СИ, являются атомные цезиевые часы. "Маятник" этих часов состоит из атомов цезия, которые колеблются на собственной резонансной частоте под влиянием микроволнового излучения в диапазоне 10^10 Гц. Однако существует некоторая уверенность, что следующим эталоном единицы времени станут оптические атомные часы, частота возбуждения которых находится в диапазоне от 10^14 до 10^15 Гц, что делает их намного более стабильными и точными, нежели цезиевые часы. Точность измерения времени, полученная при помощи новых оптических атомных часов, приблизительно в сто раз выше, нежели точность самых лучших цезиевых часов.



В конструкции новых часов исследователи из института PTB использовали несколько уникальных физических свойств ионов Yb+. Эти ионы могут находиться в двух стабильных энергетических состояниях. Одно из этих состояний, F state, характеризуется очень точным значением резонансной частоты, а ион может находиться в этом состоянии на протяжении шести лет непрерывно без необходимости оказания на него каких-либо дополнительных воздействий. Второе состояние, D3/2 state, демонстрирует более большой разброс резонансной частоты, но ионы в этом состоянии можно использовать в качестве высокочувствительных датчиков, позволяющих очень точно настроить эксплуатационные режимы системы часов в целом. И еще одним преимуществом ионов Yb+ является то, что длина волны лазерного света для их возбуждения позволяет использовать для этого надежные полупроводниковые лазеры, которые достаточно легко поддаются управлению и стабилизации.

Решающим моментом, позволившим ученым добиться успеха, стала комбинация двух мер. Во-первых, для помещения иона иттербия в одно из двух состояний была разработана специальная процедура, которая позволяет на лету переключать резонансную частоту иона при помощи света из внешнего источника. Во-вторых, изменение резонансной частоты иона, вызванное тепловым инфракрасным излучением окружающей среды, которое и без того является маленьким в случае иона Yb+, было определено с высокой точностью, погрешность измерения составила всего 3 процента. Имея на руках это значение, ученым ничего не стоило компенсировать температурный дрейф резонансной частоты при помощи последовательного возбуждения иона инфракрасным светом с четырьмя различными длинами волн.

Еще одной особенностью ионов Yb+, находящихся в F-состоянии, является сильная зависимость энергетических показателей этого состояния от значений некоторых фундаментальных физических констант. Также на энергетические показатели оказывает влияние взаимодействие между электронами и определенной формой материи, которая известна под названием темной материи и которая играет одну из главных ролей в существующей космологической модели. Сравнение показателей часов на ионах Yb+ и показателей других высокоточных оптических атомных часов представляет собой многообещающий способ проверки некоторых теорий из области "новой физики" в лабораторных условиях.

Источник

Новые электронные контактные линзы позволят реализовать функции дополненной реальности

Несмотря на масштабную и агрессивную рекламную компанию, "умные очки" типа Google Glass так и не совершили успешный "взлет" на рынке. Однако, это вовсе не означает, что другие формы реализации функций дополненной реальности так же не имеют права на жизнь. И одной из таких форм являются электронные контактные линзы, разработанные австралийскими учеными, на поверхности которых могут быть изготовлены миниатюрные дисплеи и интегрированы датчики, контролирующие некоторые параметры жизнедеятельности организма человека.

Данная разработка базируется на результатах предыдущих исследований ученых из Института перспективных технологий (Future Industries Institute, FII) Южно-Австралийского университета (University of South Australia), которые добились успехов в разработке технологий производства сверхтонкой токопроводящей пленки. Это светоотражающее покрытие изначально предназначалось для производства стекол автомобилей и "умных" окон, которые способны регулировать поток света, попадающего внутрь помещения. И теперь исследователи расширили область применения свей разработки функциями дополненной реальности и биомедицины.

"Мы изначально знали, что у нашей технологии нанесения тонкопленочных покрытий имеется множество областей применения, а теперь мы совершили следующий шаг, показав, что мы можем изготовить биологически совместимые токопроводящие полимеры, структурировать их на наноразмерном уровне и вырастить их на любой поверхности, к примеру, на поверхности контактной линзы" - рассказывает Дрю Эванс (Drew Evans), профессор из института FII.

Основу контактной линзы составляет достаточно обычный гидратированный гидрогель, на поверхности которого при помощи плазменной обработки были созданы активные области с повышенной "липкостью". На эти области был нанесен полимер PEDOT со специальными добавками, которые увеличили его электрическую проводимость но не нарушили биологической совместимости этого материала. В результате ученые получили контактную линзу со сложным рисунком из токопроводящих дорожек на ее поверхности. И этот рисунок может стать основой своего рода "печатной платы", на которой будет собрано любое прозрачное электронное устройство, микроскопический дисплей, датчики различных типов или устройства контроля здоровья, регистрирующие наличие определенных биомаркеров.

"Жидкости, которые присутствуют на поверхности глаза, содержат биомаркеры, указывающие на состояние здоровья человека. В самом ближайшем будущем мы собираемся разработать и изготовить контактные линзы, имеющие датчики различных типов" - рассказывает Дрю Эванс, - "Но для этого нам придется решить ряд побочных, но не менее сложных проблем, связанных с обеспечением этих датчиков энергией, предварительной обработкой сигналов, с необходимостью беспроводной передачи или локального отображения получаемой информации".

Источник

Ученые обнаружили сотни новых галактик, скрывавшихся позади Млечного Пути

Ученые-астрономы, работающие на радиотелескопе Паркса австралийского Национального исследовательского агентства CSIRO (Commonwealth Science and Industrial Research Organisation), который недавно был оборудован новым высокочувствительным приемником, обнаружили сотни галактик, которые достаточно долго "скрывались" позади нашей собственной галактики, галактики Млечного Пути. Дальнейшее изучение этих галактик, которые располагаются на расстоянии, не превышающем 250 миллионов световых лет, совсем близко по астрономическим меркам, позволит ученым пролить свет на загадочную и огромную гравитационную аномалию, известную под названием Большой Аттрактор (Great Attractor).

Группа, возглавляемая Листером Стэвели-Смитом (Lister Staveley-Smith), профессором из университета Западной Австралии и Международного центра радиоастрономических исследований (International Centre for Radio Astronomy Research, ICRAR), обнаружила в общей сложности 883 галактики, треть из которых была неизвестна ученым до этого момента. "Млечный Путь, конечно, очень красив, и изучение нашей галактики является весьма интересным делом" - рассказывает профессор Листер Стэвели-Смит, - "Однако, наша галактика полностью блокирует от нас все, что находится позади нее".



Дальнейшие исследования позволят ученым выяснить природу и проявления области Большого Аттрактора, которая притягивает к себе Млечный Путь и сотни тысяч других галактик с силой, превышающей силы гравитации Солнца в миллион миллиардов раз. Ученые безуспешно пытались раскусить загадку Большого Аттрактора, начиная с 1970-х годов, когда впервые были замечены некоторые отклонения от универсальной теории расширения Вселенной. "Фактически мы абсолютно не понимаем того, что вызывает гравитационное ускорение движения Млечного Пути" - рассказывает профессор Листер Стэвели-Смит, - "И нам неизвестно то, к чему это приведет в конечном счете".

"Нам известно, что в районе Аттрактора присутствует очень большое количество галактик и скоплений, которые мы называем суперскоплениями, а наш Млечный Путь движется относительно всего этого со скоростью более двух миллионов километров в час". Последние наблюдения помогли выявить наличие нескольких космических объектов, которые могут оказывать влияние на движение Млечного Пути, включая три области NW1, NW2 и NW3 с высокой концентрацией в них галактик и два новых скопления CW1 и CW2. Дальнейшие наблюдения за этими объектами позволят ученым построить математические модели, хот как-то объясняющие все происходящее в этой области космоса.



"Ученые в течение нескольких десятилетий безуспешно пытались составить карту галактик, находящихся позади Млечного Пути" - рассказывает Рене Кран-Кортевег (Renee Kraan-Korteweg), профессор из Кейтаунского университета, - "Мы использовали целый ряд различных методов, но только метод наблюдений в радиодиапазоне позволил нам пробиться сквозь толстый слой звезд и пыли, который находится на переднем плане. В среднестатистической галактике находится до 100 миллиардов звезд, таким образом, мы обнаружили очень большое количество материи, о которой ничего не было известно ранее".

"Все это стало возможным только благодаря внедрению новых инновационных технологий на радиотелескопе Паркса" - рассказывает доктор Бдрбел Корибальский (Dr. Barbel Koribalski) из организации CSIRO, - "А главную роль сыграл новый мультилучевой 21-сантиметровый приемник, благодаря которому телескоп способен составлять карту неба в 13 раз быстрее. Это, в свою очередь, позволяет нам увидеть более быстрые события и явления, которые становятся основой новых и весьма интересных открытий".

Источник