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원자시계와 초정밀 저울의 하이브리드

18.01.2013

물리학자들은 세슘 원자를 기반으로 한 새로운 종류의 원자 시계를 만들었습니다. 이 시계는 크로노미터와 시간 표준뿐만 아니라 가까운 장래에 질량과 시간 표준을 연결할 수 있는 초정밀 저울로도 사용할 수 있습니다. 사이언스 저널에 실린 기사에 따르면

"우리 시계의 정확도는 60ppb를 초과합니다. 이 오차는 XNUMX년 동안 XNUMX초의 이동에 해당하며, 이는 XNUMX년 전에 만들어진 최초의 세슘 기반 원자시계의 정확도와 거의 같습니다. (반면에) ), 이 시계는 최고의 아보가드로 구체와 결합하여 킬로그램을 재정의하는 데 도움이 될 것입니다. 우리 시계의 틱 주파수는 단일 원자의 질량과 동일하며 이를 알면 전체 샘플의 질량을 계산할 수 있습니다." University of California at Berkeley(미국)의 팀 리더인 Holger Mueller는 말했습니다.

물리학자들이 설명하듯이, 원자와 전자는 미립자일 뿐만 아니라 파동이기도 합니다. 이 때문에 주파수와 진폭을 포함하여 전자파와 동일한 특성을 갖습니다. 원자 진동의 고유 진동수는 양자 역학의 선구자 중 한 명인 미국 물리학자 Arthur Compton을 기리기 위해 Compton이라고 합니다.

이 기사의 저자에 따르면 이러한 진동을 측정하고 관찰하는 데 어려움이 있어 "메트로놈" 또는 시계로 실제 사용이 불가능했습니다. Muller의 그룹은 잘 알려진 "쌍둥이 역설"을 사용하여 이러한 어려움을 극복할 수 있었습니다. 이 역설에 따르면 충분히 빠른 속도로 움직이는 물체의 경우 시간이 더 느리게 흐를 것입니다. 덕분에 머나먼 별에 갔다가 돌아온 사람은 지구에 있는 쌍둥이 동생보다 젊어지게 된다.

이 기사의 저자는 세슘 원자의 진동 주파수를 측정하기 위해 이 현상을 적용했습니다. 그들의 실험 시계에는 두 개의 "쌍둥이" 원자가 있습니다. 그들 중 하나는 정지 상태이고 두 번째는 탱크를 고속으로 이동합니다. 이 때문에 단위 시간당 두 원자가 만드는 진동 수는 크게 다릅니다. 그들의 행동은 원자 간섭계와 같은 특수 장치에 의해 모니터링되며, 그 판독 값은 특수 컴퓨터 알고리즘을 사용하여 처리됩니다. 이 프로그램은 간섭계 센서에서 레이저 빔과 세슘 원자 간의 충돌 후 나타나는 이미지를 비교하고 그 중 하나의 Compton 주파수를 계산합니다.

이 주파수는 일정하고 입자의 질량에만 의존하기 때문에 초정밀 시계의 기초로 사용할 수 있습니다. Muller와 그의 동료들이 만든 최초의 원자 시계 프로토타입은 정확도 면에서 챔피언이 아닙니다. 다른 기술을 기반으로 한 최고의 아날로그보다 약 100억 배 열등합니다. 반면에, 그러한 시계는 완전히 다른 목적으로 사용될 수 있으며, 그 중 가장 매력적이고 유망한 것은 새로운 대중 표준을 만드는 것입니다. Muller가 설명하는 것처럼 Compton 주파수의 정확한 값을 측정함으로써 입자의 질량을 측정할 수 있으며, 이를 통해 킬로그램의 값을 정확하게 결정하고 이를 초와 연관시킬 수 있습니다.

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"앞으로, XNUMX년 후, 당신의 이웃을 바라볼 때 당신은 무엇을 원하십니까? 당신의 삶을 더 좋게 만들어 줄 제품은 무엇입니까? 당신이 원하는 미래는 무엇입니까? 기존 지붕보다 탄력 있고 모든 면에서 더 낫고 에너지가 넘치는 - 이것이 우리가 원하는 미래입니다. Solar Roof는 킬러 제품입니다. 내년에 분명해질 것입니다"라고 Musk는 말했습니다.

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