|  | 17 марта 2016 | Новости науки и техники

Создан квантовый термометр, точность которого приближается к фундаментальному пределу

Нить квантового термометра


Ученые-физики из американского Национального института стандартов и технологий (National Institute of Standards and Technology, NIST) нашли способ высокоточной калибровки температурных измерений, контролируя самые слабые колебательные движения наномеханическй системы, поведение которой подчиняется парадоксальным законам квантовой механики. Разработанная учеными технология еще не готова к практическому применению, тем не менее, она является яркой демонстрацией того, что температура может быть измерена путем наблюдений за свойствами физических объектов на квантовом уровне.

Точность, обеспечиваемая квантовым термометром, составляет несколько ничтожных долей процента в диапазоне от криогенных температур до нормальной температуры окружающей среды, что очень и очень близко к фундаментальному минимальному пределу измерений физических величин. В настоящее время ученые еще не могут указать абсолютное значение точности этого устройства, ведь в мире не существует другого измерителя температуры, имеющего даже приблизительно такой же уровень точности.

Ключевым элементом квантового термометра, является фотоэлектрический прибор, изготовленный при помощи технологий нанопроизводства, и это открывает возможности применения данной технологии там, где обычные технологии измерения температуры использовать невозможно в принципе.

Основу фотоэлектрического прибора составляет тончайшая нить прозрачного нитрида кремния. Известно, что тепловая энергия заставляет колебаться абсолютно все объекты, абсолютно различных масштабов. Амплитуда этих колебаний при комнатной температуре изменяется в пределах пикометров (триллионных долей метра) и для точно, чтобы наблюдать эти колебания требуются особые уловки. В данном случае этой уловкой стала маленькая отражающая свет впадина, изготовленная на поверхности нанонити. Когда луч света лазера проходит через эту прозрачную нить, небольшое количество света отражается от впадины, испытывая изменения длины волны в результате воздействия на него механических колебаний. И это изменение длины волны (цвета) заключает в себе информацию о температуре.

Но температурные колебания - это далеко не единственный вид колебаний, которые были зарегистрированы учеными. Ученые обнаружили еще один вид более "тонких" колебательных процессов, определяемых некоторыми причудами квантовой физики, даже в самом низкоэнергетическом состоянии объект колеблется из-за "врожденного" в него принципа квантовой неопределенности. Эти колебания не зависят от температуры, они имеют стабильную известную амплитуду и их влияние на процесс измерения температуры достаточно легко компенсировать массой известных способов.

В настоящее время ученые разрабатывают высокочувствительные фотонные термометры другого типа, при помощи которых можно будет хоть и приблизительно, но все же оценить точность нового квантового термометра. Кроме этого, интеграция нескольких типов высокоточных термометров на одном чипе позволит создать гибридное устройство, которое не будет требовать калибровки и не будет подвержено температурному и временному дрейфу, которым подвержен каждый из видов в отдельности. И только после этого такие сверхвысокоточные измерители температуры можно будет использовать в фармации, промышленности, науке и во многих других областях, где требуется знание точного значения температуры.




Ключевые слова:
Термометр, Измерение, Температура, Квантовая, Физика, Механика, Свет, Лазер, Колебания, Точность, Длина, Волна

Первоисточник

Другие новости по теме:
  • Физикам удалось охладить объект ниже точки квантового предела при помощи " ...
  • Создан низкотемпературный электронный термометр, способный измерять тысячны ...
  • Машины-монстры: Самый точный термометр на свете, который измеряет температу ...
  • Квантовый термометр сможет измерить самую низкую температуру во Вселенной
  • Созданы самые точные атомные часы в мире, имеющие погрешность одну секунду ...

  • Подробности наркомании лечение тут.


    18 марта 2016 08:19
    #1 Написал: FomaNeverujuwij

    Публикаций: 0
    Комментариев: 3811
    Если работу устройства невозможно проверить, то как можно утверждать, что он работает правильно и работает вообще?


    --------------------
        

    Информация

    Посетители, находящиеся в группе Гости, не могут оставлять комментарии к данной публикации.