Мала академія наук запустила цикл зустрічей із Нобелівськими лауреатами. На лекціях зіркових науковців можна почути історії успіху та епікфейлів, надихнутися прикладами та поставити вченим власні запитання.

15 липня з МАНівцями спілкувався американський фізик Девід Вайнленд — лауреат Нобелівської премії з фізики 2012 року спільно із Сержем Арошем. Науковці отримали премію за створення проривних методів маніпулювання квантовими системами.

Сьогодні ділимося конспектом найцікавіших тез ученого!

Що таке атомні годинники і навіщо вони потрібні? 

«Атомний годинник — це  пристрій для вимірювання часу, що як стандарт використовує частоту електронного переходу між енергетичними рівнями (підрівнями) в атомах».

Лектор порівняв атомний годинник із маятниковим. Основна проблема останнього — чутливість до навколишнього середовища: маятниковий стрижень має термічний коефіцієнт розширення, тобто якщо температура в кімнаті, де знаходиться годинник, зростає, довжина маятника збільшується, як наслідок частота коливань змінюється, й отримуємо похибку в часі. Натомість усі атоми певного виду — абсолютно ідентичні, а також не зношуються під час використання. Девід Вайнленд додає, що це одна з ключових причин, чому нині послуговуємося атомними годинниками. 

Як і чому Девід Вайнленд вирішив досліджувати атомні годинники? 

Вчені певний час знали, що атомний годинник був би більш точним, якби атоми були холодними, проте вони не мали способу охолодити окремі атоми, бо зберігали речовини у вигляді газу. На тлі цього у Вайнленда виникла ідея: помістити йони в пастку та посвітити на них лазерним променем.

До цього дослідника підбурив той факт, що енергетичні переходи електронів іонів роблять їх схожими на чітко налаштовані радіоприймачі, здатні поглинати та повторно випромінювати світло на певних частотах. Але частота хвиль світла могла змінюватися через ефект Доплера — той самий, який спричиняє зміну висоти звуку сирени, коли швидка чи пожежна машина проїжджає повз нас. 

Як дослідження Девіда Вайнленда допомогли науці?

Лазер Вайнленда налаштували таким чином, щоб залишався тільки сповільнювальний вплив. У 1979 році вчений разом із колегою Вейном Ітано написав статтю, у якій пояснював теорію лазерного охолодження. Пізніше вчені вирішили зробити атомний годинник із лазерним охолодженням, і вже 1984 року реалізували свій задум.

Крім того, Девід Вайнленд вивчав використання окремих захоплених холодом іонів. Разом із Джеймсом Бергквістом і Вейном Ітано вчений розглядав можливість використання йонів Гідраргіруму, оскільки цей хімічний елемент має дуже високу частоту електронного переходу між енергетичними рівнями. Ця властивість дозволяла створити більш точний атомний годинник. У 2005 році, після більш ніж двох десятиліть роботи над ртутно-йонними годинниками команда дослідників продемонструвала перший точний оптичний годинник. Він використовував частоту електронного переходу близько тисячі трильйонів циклів на секунду, що відповідає частоті хвилі ультрафіолетового світла. 

У 2006 році до групи Вайнленда приєднався Тілль Розенбанд як штатний дослідник, аби створити годинник на основі захоплених іонів Алюмінію. Вже у 2010 році вчені досягли того, що алюмінієвий годинник випередив за точністю свого ртутного попередника. 

Попереду ще багато цікавих лекцій! 

Посилання на форми реєстрації шукай на сайті МАН у розділі «Наукові івенти» ➡️ https://man.gov.ua/events

І читай найцікавіше з інших лекцій серії ➡️

Про світлодіоди, шлях до «Нобелівки» та мрії: конспект лекції фізика Хіросі Амано

Про мозок, навчання уві сні та саморозвиток у складні часи: конспект лекції Барбари Оклі

Про пам’ять, орієнтацію у просторі та лікування хвороби Альцгеймера: конспект лекції Мей-Брітт Мозер

Фейки про рослин-мутантів, користь від ГМО і небезпека їхньої заборони: конспект лекції Річарда Джона Робертса

Про нейтрино та історію дослідження цієї частинки: конспект лекції Шелдона Лі Ґлешоу

Про вивчення нейронів, дослідження неврологічних хвороб і різницю між мозком і комп’ютером: конспект лекції Едварда Мозера

Про нейтрино, таємниці осциляцій і нові закони Всесвіту: конспект лекції Такаакі Кадзіти

Про аквапорини, важливість їх дослідження та єднання націй через науку: конспект лекції Пітера Егра

Про мову генів, РНК-інтерференцію та сортування фейків: конспект лекції Крейга Мелло

Про вірусні ідеї, біологію наукового прогресу та головну мотивацію для вчених: конспект лекції Джорджа Сміта

Про шлях до «Нобелівки» з хімії, заморожування біомолекул і вивчення коронавірусу: конспект лекції Йоахіма Франка
Про моделювання молекул, органокаталіз і майбутнє медицини: конспект лекції Девіда Макміллана

Про «непотрібні» знання та секрети наукового мислення: конспект лекції Мартіна Чалфі

Про важливість занять наукою й алгоритми вдумливого навчання: конспект лекції Ліланда Гартвелла

Про соціальну відповідальність бізнесів і навіщо вона потрібна: конспект лекції Олівера Гарта

Про гравітаційні хвилі та чорні діри: конспект лекції Райнера Вайса

Про війну росії проти свободи в Україні, Казахстані й Ірані: конспект лекції Ширін Ебаді

Про пошук покликання, соціальні експерименти та боротьбу з бідністю у світі: конспект лекції Естер Дюфло

Про волатильність, глобальне потепління та його вплив на економіку: конспект лекції Роберта Енґла ІІІ

Про причини хвороби Паркінсона та науки, що допоможуть у лікуванні: конспект лекції Ренді Шекмана

Про гонку озброєнь бактерій і вірусів та спосіб редагування генома: конспект лекції Емманюель Шарпантьє

Про дитячі роки Всесвіту й таємниці космосу: конспект лекції Джона Мазера

Про флуоресцентну мікроскопію та поради майбутнім ученим: конспект лекції Вільяма Мернера

Про революційні зміни в метричній системі: конспект лекції Вільяма Філліпса

Про наукові експерименти і те, як відкрили захисників наших хромосом: конспект лекції Керол Грейдер

Про економічну модель минулого та економічні реалії сьогодення: конспект лекції Джозефа Стігліца

Про мутації вірусів, ДНК та РНК: конспект лекції Ендрю Фаєра

Про нейтрино й загадки темної матерії: конспект лекції Артура Макдональда

Про (не)ідеальну соціальну політику Данії та США: конспект лекції Джеймса Джозефа Хекмана 

Про теорію переносу електронів & роботу хіміків-дослідників: конспект лекції Рудольфа Артура Маркуса

Як працює інтуїтивне мислення і як не потрапити в його тенета: конспект лекції Деніела Канемана

Про білки в нашому організмі й історію структурної біології: конспект лекції Курта Вютріха

Про вплив кисню на організм, причини раку та поради майбутнім науковцям: конспект лекції Пітера Реткліффа

Про дослідження мікроскопії та поради науковцям-революціонерам: конспект лекції Штефана Гелля

Про лікарську етику, ковідні виклики та медицину майбутнього: конспект лекції Агарона Чехановера