ウィーンの物理学者は、長さが 1,000 分の 1 ミリメートル未満のシリコン製のロッドを開発しました。このロッドは、レーザー光線によって吊り下げられ、回転するように設定されており、その回転動作は電子時計の時間信号に最高の精度で追従します。彼らの研究は現在、 Nature Communications誌に掲載されています。
このセットアップは実際には他の測定用にセットアップされており、そのためのテストを実行したかったとウィーン大学物理学部のステファン・クーン氏がAPAに語った。しかし、彼らはこのメカニズムの特殊な特性を観察し、「それが非常に興味深いものであることにすぐに気づきました」。
レーザー照射による回転
科学者たちは、長さ1000分の1ミリメートル未満の小さなシリコン棒をナノ時計の「針」として使用しました。これをレーザー光を用いた光トラップで真空中に浮遊させたままにします。これは特別に準備されたレーザー ビームです。「円偏光と直線偏光を交互に切り替えます」とクーン氏は言います。
ロッド上で散乱する各円偏光粒子 (光子) が小さなトルクを伝達し、それによって「ポインター」が回転します。直線偏光のレーザー光を使用すると、真空にもかかわらずテスト環境に残るガス分子との衝突によってロッドの回転運動が減衰します。
ナノクロックから特許まで
2 種類の偏波が前後に切り替わる周波数は、電子時計によって決まります。 1 秒間に 100 万回以上回転する時計の針の回転は、その複雑な力学により一般に混沌としていますが、非常に安定した回転が発生する周波数範囲があります。この回転は非常に安定しているため、ナノクロックは、インパルスを生成する電子時計と比較して、4 日間で 100 万分の 1 秒しかロスしません。
ナノクロック針は周囲の環境と相互作用するため、高い回転速度での圧力変化を非常に正確に局所的に測定するための圧力センサーとして使用できます。低い回転速度では、回転する物体の量子力学に関する新しい実験を実行できる可能性があります。いずれにせよ、科学者たちはこのシステムの特許を取得しました。