Gara për të ndërtuar orën më të vogël atomike në botë

Yuan-Yu Jau është në një kërkim për të ndërtuar orën atomike më të vogël në botë, një pajisje që mat kohën me saktësi ekstreme. Nëse ka sukses, ai dhe ekipi i tij në Sandia do të kenë bërë një më të vogël se një kub sheqeri.

Por ai nuk është i vetmi që i shtyn kufijtë e orëve të vogla.

Vitin e kaluar, Agjencia e Projekteve Kërkimore të Avancuara të Mbrojtjes sfidoi ekipet kërkimore për të ndërtuar orë më të vogla dhe më të sakta. Yuan-Yu drejton ekipin Sandia të angazhuar në këtë përpjekje.

“Ata duan 1 centimetër kub për çdo gjë, dhe aktualisht nuk ka orë atomike me këtë lloj madhësie,” tha Yuan-Yu, dizajni bërthamor i të cilit është edhe më i vogël – rreth 1 centimetër i gjatë dhe vetëm 2 milimetra i gjerë dhe i gjatë, për një çmim të madh. gjithsej 0.04 centimetra kub. DARPA kërkoi që pajisjet të ishin të sakta brenda një milion të sekondës pas një jave.

Sandia ka përvojë në ndërtimin e orëve kompakte. Në fillim të viteve 2000, Labs ndihmuan në zhvillimin e Orës Atomike të Chip Scale, e cila është pak më e madhe se një libër shkrepse, ose rreth 17 centimetra kub. Në atë kohë, CSAC ishte ora atomike më e vogël në botë dhe është ende ora më e vogël që mund të blini.

Ora atomike u shpik në vitin 1948 në atë që atëherë ishte Byroja Kombëtare e Standardeve të SHBA-së, tani Instituti Kombëtar i Standardeve dhe Teknologjisë. Në vend që të matej kohën me ngjarje astronomike si rrotullimi i Tokës, ose me mjete mekanike si ingranazhet, sustat ose lavjerrësit, ai mati kohën me sinjale elektromagnetike të emetuara nga elektronet rreth një atomi, duke e bërë atë tepër të saktë.

Orët atomike hapën rrugën për GPS, i cili mbështetet në orët super të sakta dhe të sinkronizuara.

Ironikisht, DARPA tani po heton orët e vogla dhe të sakta për të ndihmuar automjetet të lundrojnë kur GPS nuk është i disponueshëm. Kjo funksionon si mënyra se si mund të llogarisni distancën e drejtimit të një makine në një shtrirje të gjatë autostrade. Nëse vozitni me një shpejtësi të qëndrueshme 60 milje në orë, ju e dini që pas një ore keni udhëtuar 60 milje. Një orë e besueshme është gjysma e ekuacionit.

Për aplikimet e mbrojtjes, navigimi duhet të jetë jashtëzakonisht i saktë. DARPA po kërkon orë që janë të sakta deri në të miliontat e sekondës deri në një javë. Ndërsa orët më të mira në botë janë makina të mëdha që mund ta ruajnë këtë saktësi për dhjetëra mijëra vjet, versionet me madhësi xhepi janë më pak të sakta. Synimet e Sandia dhe DARPA janë që të jenë 30 herë më të sakta se orët aktuale të nivelit të lartë dhe të shkallës së vogël.

Agjencia kërkon gjithashtu përmirësime në konsumin e energjisë dhe ndjeshmërinë ndaj temperaturës dhe dridhjeve.

“Kjo është shumë më sfiduese sesa ajo që njerëzit kanë bërë deri më tani,” tha Yuan-Yu.

Zvogëlimi i madhësisë, peshës dhe fuqisë i bën sistemet e avancuara të navigimit më të lehtë për t’u futur në lloje të ndryshme automjetesh – nga anijet detare te dronët dhe satelitët.

Yuan-Yu është i bindur se ai dhe ekipi i tij mund ta ndërtojnë pajisjen. Në një farë mënyre, ai tashmë e ka.

Gjashtëmbëdhjetë vjet më parë, atëherë një instruktor i fizikës në Universitetin Princeton, ai ndërtoi prototipin e tij të parë të asaj që ai e quajti një oshilator atomik lazer. Ishte sa madhësia e një kutie veglash, por kryente të njëjtin veprim bazë si një orë atomike . Ai prodhoi një puls të qëndrueshëm, si orë, që rrjedh nga ndriçimi i një lazeri përmes një reje atomesh kaliumi.

E rëndësishmja, ajo ishte e pavarur. Oscilatori nuk kërkonte pajisje elektronike të jashtme për të kontrolluar pulsin periodik të makinës.

Pajisjet mbështetëse janë të zakonshme në shumë lloje të orëve atomike dhe zakonisht zënë pjesën më të madhe të hapësirës. Nëse do të hiqnit pajisjen elektronike mbështetëse nga një CSAC me madhësi të librit të shkrepëseve, do të zbuloni se shënjimi fizik ndodh në një paketë vetëm sa madhësia e një kokrre orizi.

Yuan-Yu tha se prototipi i tij ishte po aq i madh sa ishte sepse një makinë e madhe ishte më e lehtë për t’u ndërtuar sesa një e vogël, “E dini, me gishtat e mi të sallamit”.

Tani, ai ka mjetet për ta bërë atë më të vogël.

Yuan-Yu planifikon të shkëmbejë atomet e kaliumit me cezium dhe të zvogëlojë modelin e tij origjinal duke përdorur makina dhe mjete në kompleksin Sandia’s Microsystems Engineering, Science and Applications, një objekt hibrid kërkimi, zhvillimi dhe prodhimi për mikroelektronikën.

Për shkak se dizajni i tij nuk ka nevojë për pajisje periferike, ai mendon se mund të zvogëlojë në mënyrë dramatike madhësinë, peshën dhe kërkesat e fuqisë së orëve atomike .

“Ne do të përdorim vetëm vëllimin e paketës së fizikës që ekziston në orën ekzistuese CSAC, por do të heqim qafe ato elektronikë të komplikuar rreth saj,” tha Yuan-Yu.