Több atomi állandó, így például a Rydberg-állandó és a Lamb-eltolódás értéke a hidrogén alacsony rendû színképvonalainak a frekvenciájából határozható meg kísérletileg, egyes magállandók pedig a deutérium hasonló vonalaiból. Csak az a gond, hogy a látható és az ultraibolya tartományban, ahova ezek a vonalak esnek, eddig nem voltak eszközeink a frekvencia olyan pontos mérésére, mint például az infravörös tartományban, amelyben az atomórák dolgoznak. Theodor Hänsch csoportja a Max Plank Kvantumoptikai Intézetben most kidolgozta a megfelelõ módszert, és mindjárt ki is mérte vele a Rydberg-állandót 14 jegyre, a Lamb-eltolódást pedig 7 jegyre.
Amit a német kutatók közvetlenül mértek, az a hidrogén kétfotonos 1S-2S átmenete volt, vagyis az a folyamat, amikor a hidrogén Lyman-alfa vonalát nem egyetlen fotonnal, hanem két nagyjából (a Lamb-eltolódás miatt nem pontosan) fele akkora frekvenciájú fotonnal gerjesztik. Az ehhez szükséges fény frekvenciáját 15 jegy pontossággal mérték ki, és ebbõl az adatból számították ki a fenti két atomi állandót. Módszerük egyrészt egy nemlineáris optikai jelenség, a frekvenciakétszerezés, másrészt a hangolható lézerek nagyon trükkös felhasználásán alapszik. (A frekvenciakétszerezés során egy arra alkalmas kristály elnyomja a fény alapharmonikusát, és csak az ahhoz képest kétszeres frekvenciájú elsõ felharmonikust - a spektroszkópusok szóhasználatával a második harmonikust - engedi át.) A két fotonos 1S-2S átmenetet azért választották, mert ez rendkívül éles színképvonal, a szélessége mindössze 1,3 Hz.
Ha két különbözõ (f1 és f2) frekvenciájú koherens lézerfényt keverünk, akkor lebegés jön létre, amelynek a frekvenciája a két összekevert fény frekvenciájának a különbsége. Ha most ehhez a fényhez egy harmadik fényt is keverünk, és annak a frekvenciáját (f3) úgy hangoljuk be, hogy annak az elsõ felharmonikusa éppen megegyezzen az elsõ két fény frekvenciájának az összegével (f3=f1+f2), akkor az elsõ és a harmadik (f1 és f3), illetve a második és a harmadik (f2 és f3) frekvenciák között is lebegés jön létre, és a három lebegés kioltja egymást. Éppen ez a megszûnés használható fel a harmadik lézer pontos behangolására. Ilyenkor tehát f1 és f3 (vagy f2 és f3) különbsége pontosan a fele f1 és f2 különbségének. A német kutatók ezt a folyamatot többször (az adott esetben még négyszer) megismételve végül olyan lebegési frekvenciához jutottak, amely már a mikrohullámú tartományba esik, tehát a mikrohullámú tartományban szokásosan használt módon, az impulzusok egyszerû leszámlálásával pontosan meghatározható.
A hidrogén gerjesztésére egy ultrastabil festéklézert használtak. Ennek 486 nm-es fényét frekvenciakétszerezéssel tették alkalmassá az atomos hidrogén gerjesztésére. Az atomos hidrogént hélium hûtésû fúvókán engedték be a vákuumkamrába, hogy a hõmozgása minimális legyen, és csak a gerjesztõ fény teljes lecsengése után mérték a 121 nm-es fluoreszcenciát. Referenciaként egy Novoszibirszkben épített, metánnal stabilizált hélium-neon lézert használtak, amelyet a kísérlet elõtt is, után is hozzákalibráltak a német idõstandardhoz, egy cézium atomórához. Nem közvetlenül a 3390 nm hullámhosszúságú HeNe-lézert használták azonban a gerjesztõ lézerrel való összehasonlításhoz, hanem ennek a megkétszerezett frekvenciájához hozzáhangoltak egy színcentrum-lézert, és annak a sokkal intenzívebb fényével dolgoztak tovább. Az összehasonlításban a középsõ (f3) lézerként egyszerû félvezetõ lézereket használtak. A rendszert olyan jól sikerült összehangolniuk, hogy órákon át, tehát a frekvenciaméréshez szükséges idõtartam sokszorosáig stabilan összehangolt maradt.
A kimért értékek:
Az 1S-2S kétfotonos átmenet frekvenciája:
f(1S-2S)=2 466 061 413 187,34(84) s-1;
(a zárójelben közölt számjegyek már a
hibahatáron belül bizonytalanok);
a Rydberg-állandó: R=10 973 731,568 639 (91) m-1;
a Lamb-eltolódás: L(1S)=8 172,876 (29) MHz.
1998. február 18.
Max-Plank Institut für Quantenoptik, Abteilung Laserspektroskopie,
http://www.quantum.physik.uni-muenchen.de/~bruno/chain.html
Ezt az oldalt a legelõnyösebben kedvenc böngészõjével olvashatja.
E hír Válas György szellemi
tulajdona. Magáncélra, tanulmányi és tudományos
célra szabadon használható, de bárminemû (akár
közvetlen, akár közvetett) anyagi haszonszerzésre
irányuló felhasználása csak a jogtulajdonossal kötendõ
külön szerzõdés feltételei szerint jogszerû.
| Vissza a vegyes hírek tartalomjegyzékére | ||
| Vissza a hírek tartalomjegyzékére | Vissza Válas György honlapjára | Válas György tematikus internet-katalógusa |