Keakuratan Jam Kisi Optik Adalah 1000 Kali Waktu Atom Internasional Saat Ini

Ada Jam Yang Disebut “Jam Kisi Optik”. Pertama. Atom Berpendingin Laser Ditangkap Satu Per Satu Dalam Ruang Mikro Tiga Dimensi (Kisi Optik) Yang Dibuat Dengan Menginterferensi Sinar Laser Dengan Panjang Gelombang Khusus Yang Disebut “Panjang Gelombang Ajaib”. Dan Interaksi Antar Atom Terjadi. Mereka Kemudian Menyinari Atom-atom Ini Dengan Sinar Laser Dan Dengan Tepat Mengukur Frekuensi Cahaya Yang Mereka Serap (Frekuensi Resonansi) Untuk Menentukan Durasi Satu Detik. Karena Satu Juta Atom Dapat Terperangkap Di Seluruh Kisi Optik. Waktu Dapat Ditentukan Dengan Cepat Dengan Mengukur Frekuensi Resonansi Atom-atom Tersebut Sekaligus Dan Merata-ratakannya.

Jam Kisi Optik Adalah Kandidat Kuat Untuk “Definisi Detik” Generasi Berikutnya. Sebagai Metode Untuk Meningkatkan Presisi Jam Atom Cesium (10 -15 : Akurasi Yang Menyimpang 1 Detik Setiap 30 Juta Tahun). Yang Mendefinisikan “Detik” Saat Ini . Penelitian Berkembang Di Seluruh Dunia Dengan Tujuan Meningkatkan Presisi Itu

Pada Mei 2014. Kelompok Penelitian Profesor Hidetoshi Katori. Yang Juga Penemu Jam Kisi Optik. Mengembangkan Dua Jam Kisi Optik Yang Mampu Melakukan Spektroskopi Atom Strontium Presisi Tinggi Di Lingkungan Bersuhu Rendah Sebagai Bagian Dari Penelitian Di Erato. Dan Tunjukkan Bahwa -18 . Pada Bulan Maret 2015. Kami Baru Mengembangkan Jam Kisi Optik Menggunakan Atom Merkuri Dan Langsung Membandingkannya Dengan Jam Kisi Optik Strontium Operasi Suhu Rendah Yang Dikembangkan Oleh Kelompok Penelitian. Yang Memiliki Akurasi Tertinggi Di Dunia. Rasio Frekuensi Merkuri Dan Strontium Yang Diperoleh Diperoleh Dengan Akurasi Yang Jauh Melebihi Akurasi Definisi Detik Saat Ini. Dan Merupakan Hasil Penting Yang Mendorong “Redefinisi Detik” Dalam Sistem Satuan Internasional.

Di Sisi Lain. Pada Bulan Juni 2014. Kami Berhasil Melakukan Spektroskopi Presisi Tinggi Atom Strontium Dalam Serat Optik Berongga Dalam Pengembangan Teknologi Dasar Untuk Berbagai Aplikasi Jam Kisi Optik. Ini Adalah Pencapaian Penting Yang Akan Menjadi Teknologi Dasar Baru Untuk Miniaturisasi Perangkat Pengukuran Kuantum. Dan Tujuan Utamanya Adalah Jam Kisi Optik Mini.

Diagram Skematik Kisi Optik

Membuat Kisi Optik Dalam Serat Berongga Untuk Membatasi Atom Strontium

Sebuah Kelompok Penelitian Yang Telah Mengembangkan Teknologi Untuk Mengecilkan Jam Kisi Optik Berfokus Pada Serat Optik. Serat Optik Berongga Tampaknya Merupakan Teknologi Miniaturisasi Yang Menjanjikan Karena Membatasi Cahaya Dan Atom Dalam Inti Berongga. Di Sisi Lain. Pada Penelitian Sebelumnya Dikatakan Bahwa Sulit Untuk Mendapatkan Spektrum Dengan Lebar Garis Sempit Yang Dekat Dengan Alam Dalam Serat Optik Karena Frekuensi Resonansi Menyebar Beberapa Mhz Akibat Interaksi Antar Atom Dan Antara Atom Dan Dinding Serat Sawah.

Kelompok Penelitian Menciptakan Kisi Optik Dengan Panjang Gelombang Ajaib Dalam Serat Kristal Fotonik Berongga (Selanjutnya Disebut Serat Berongga). Menangkap Atom Strontium Yang Didinginkan Dengan Laser Satu Per Satu. Dan Mempersempit Lebar Garis Spektral Resonansi Atom.

Untuk Membuat Jam Kisi Optik Presisi Tinggi. Waktu Penangkapan Strontium Harus Cukup Lama. Sebagai Hasilnya. Kami Mengukur Masa Pakai Tangkapan Atom Dalam Serat Dan Mengonfirmasi Bahwa Itu Adalah 350-500 Milidetik. Yang Cukup Untuk Membuat Jam Kisi Optik.

Ikhtisar Pengaturan Eksperimental

Mengurangi Lebar Spektral Hingga Hampir 1/1000
Untuk Mengurangi Derau Kuantum Pada Jam Atom. Penting Untuk Menambah Jumlah Atom Yang Akan Diamati. Di Ruang Bebas. Cahaya Menyebar Karena Difraksi. Sehingga Atom Hanya Dapat Ditangkap Di Wilayah Dekat Titik Fokus Cahaya. Di Sisi Lain. Dalam Serat Berongga. Cahaya Dapat Ditransmisikan Tanpa Atenuasi Saat Terkurung Di Inti. Sehingga Memungkinkan Untuk Meningkatkan Jumlah Atom Yang Ditangkap Sebanding Dengan Panjang Serat. Tantangannya Kemudian Adalah Untuk Dapat Menjebak Hanya Satu Atom Di Bagian Kisi Optik Untuk Mencegah Interaksi Atom-atom. Oleh Karena Itu. Setelah Menangkap Sejumlah Besar Atom Dalam Kisi Optik Dan Memasukkannya Ke Dalam Serat Berongga. Kisi Optik Dilepaskan Untuk Menyebarkan Atom Ke Dalam Serat Berongga. Dan Dengan Menangkapnya Kembali Dalam Kisi Optik. Atom Dalam Satu Bagian Dari Kisi Optik Dikurangi Jumlahnya Menjadi Hampir Satu Atau Kurang.

Akibatnya. Interaksi Antar Atom Ditekan Sambil Mempertahankan Jumlah Atom. Dan Diperoleh Spektrum Resonansi Dengan Lebar Garis Frekuensi 7.8 Khz. Secara Konvensional. Spektrum Atom Dan Molekul Yang Diukur Dalam Serat Optik Adalah Sekitar 5 Mhz. Tetapi Dengan Memperkenalkan Kisi Optik Dengan Panjang Gelombang Ajaib. Kami Dapat Mengurangi Lebar Garis Spektral Hingga Hampir 1/1000. Linewidth Spektral Yang Diperoleh Kira-kira Dibatasi Oleh Lebar Alami Atom. Dan Tidak Ada Interaksi Dengan Dinding Serat Yang Diamati. Di Sisi Lain. Dari Perhitungan. Saat Menggunakan Serat Dengan Diameter Inti Ini. Efek Interaksi Antara Atom Dan Dinding Serat Pada Akurasi Jam Diperkirakan 10 -17 ( Akurasi Yang Menyimpang 1 Detik Dalam 3 Milyar Tahun). Temuan Ini Memberikan Pijakan Untuk Membangun Jam Kisi Optik Yang Ringkas Namun Sangat Akurat Menggunakan Serat Berongga. Difusi Atom Dalam Kisi Satu Dimensi.

Kesalahannya Adalah 0.4 Detik Bahkan Setelah Usia Kosmik 13.8 Miliar Tahun

Jam Yang Sangat Akurat Akan Dapat Mengukur Efek Teori Relativitas Einstein. Yang Menyatakan Bahwa Waktu Bergerak Lebih Lambat Ketika Gravitasi Lebih Kuat. Dengan Jam Kisi Optik Yang Memiliki Akurasi 10 -18. Yang Merupakan Tujuan Kelompok Penelitian (Akurasi Yang Hanya Terpaut 0.4 Detik Bahkan Setelah Usia Kosmik Dari Big Bang 13.8 Miliar Tahun Yang Lalu Hingga Saat Ini). Perbedaan Ketinggian Hanya 1 Cm Selain Dapat Mendeteksi Perbedaan Kemajuan Waktu (Relativistik Umum) Yang Disebabkan Oleh Gravitasi. Juga Dapat Mendeteksi Keterlambatan Waktu (Relativistik Khusus) Yang Terjadi Pada Kecepatan Berjalan.

Kelompok Riset Mengkonsolidasikan Sistem Optik Termasuk Perangkat Laser Pada Pelat Permukaan Optik Besar Yang Digunakan Di Laboratorium. Dan Membuatnya Menjadi Sebuah Kotak Termasuk Sistem Kontrol. Akibatnya. Jam Kisi Optik Strontium Portabel Yang Dapat Mencapai Akurasi 10 Bahkan Di Lingkungan Di Luar Laboratorium Dengan Mewujudkan Miniaturisasi Dan Portabilitas Sistem Tanpa Menurunkan Akurasi Waktu Yang Dicapai Di Lingkungan Laboratorium.-18