Ученые из Национального института стандартов и технологий США разработали квантовый термометр, который использует атомы высоких энергий для сверхточного измерения температуры. Эта технология открывает новые возможности для улучшения измерений в таких областях, как квантовые исследования и промышленное производство. Результаты работы были опубликованы в научном журнале Physical Review Research (PRR).
Как работает квантовый термометр?
Квантовый термометр отличается от традиционных приборов тем, что не требует предварительной настройки или калибровки на заводе. Его точность основывается на принципах квантовой физики, что позволяет проводить измерения, соответствующие международным стандартам. Как отметил один из авторов работы, Ноа Шлоссбергер: «Мы создали термометр, который может точно измерять температуру без необходимости в калибровках, требуемых для обычных приборов».
Инновационная конструкция термометра
Для создания нового устройства ученые использовали вакуумную камеру, наполненную газом из атомов рубидия. С помощью лазеров и магнитных полей они смогли охладить атомы до почти абсолютного нуля — до тысячных долей градуса Цельсия. Это позволило выделить самые удаленные электроны атомов и вывести их на более дальние орбиты, увеличив размеры атомов примерно в тысячу раз.
Когда атомы имеют такие увеличенные размеры, их самые удаленные электроны оказываются на огромном расстоянии от ядра, что делает их чувствительными к электрическим полям и другим внешним воздействиям. При повышении температуры количество окружающего излучения возрастает, ускоряя изменения в атомах. Это позволяет ученым точно отслеживать даже малейшие колебания температуры.
Применение и перспективы технологии
Новый квантовый термометр имеет широкий потенциал для применения в самых разных областях. Он может быть использован в условиях, где требуются сверхточные измерения, таких как космические исследования или передовые производственные предприятия. Ученые уверены, что их изобретение откроет новые горизонты в области температурных измерений и повысит точность множества научных и промышленных процессов.