Přístroj velikosti krabice na boty změří vlnovou délku světla s přesností 6 femtometrů

Vědci z australské Adelaide University vyvinuli přístroj velikosti krabice na boty, který dokáže měřit barevné složení světla, tedy jeho vlnovou délku, s mimořádnou přesností. Na výzkumu se podílel mezinárodní tým a podle dostupných informací dosáhl zařízení rozlišení 6 femtometrů. Jde o hodnotu, která má podle autorů otevřít cestu k přesným měřením s rekordním rozlišením, a to zejména v oblasti atomových měření.

Femtometr je jednotka délky, která odpovídá jedné biliontině milimetru. Měřit vlnovou délku světla s takovou přesností je mimořádně náročné, protože i drobné nestability v optické soustavě mohou výsledek zkreslit. Dosavadní přístroje s podobnými parametry bývají velké, složité a citlivé na vnější podmínky. Skutečnost, že se podařilo dosáhnout tak jemného rozlišení v zařízení, které se vejde do běžné krabice, proto představuje výrazný posun.

Klíčovou součástí přístroje je takzvaná integrační koule. Jde o dutou kouli s vysoce odrazivým vnitřním povrchem. Světlo, které do ní vstoupí, se uvnitř mnohokrát odrazí, než najde cestu ven. Díky tomu se v zařízení vytvoří velmi složitý, ale stabilní a opakovatelný obraz, z něhož lze vlnovou délku světla určit s vysokou přesností. Princip využívá právě to, že mnohonásobné odrazy rozmetají světlo do charakteristického vzoru, který se mění i při nepatrné změně barvy.

Podle titulku, který výsledek doprovází, vědci dokázali využít rušivé jevy způsobené laserem. Při práci s laserovým světlem se totiž běžně objevují takzvané interferenční a skvrnité efekty, které bývají považovány za nežádoucí šum komplikující měření. Výzkumníci je však obrátili ve svůj prospěch a použili je jako zdroj informace o vlnové délce. Nevýhoda se tak stala základem samotné metody.

Výsledek je důležitý hlavně pro obor atomových měření. Přesné určení vlnové délky světla patří k základním nástrojům, jimiž se zkoumají vlastnosti atomů, jejich energetické hladiny nebo přechody mezi nimi. Čím přesněji lze světlo změřit, tím podrobněji lze atomové jevy studovat a tím přísněji lze ověřovat fyzikální modely. Zařízení s rekordním rozlišením by proto mohlo posloužit v laboratořích, které se zabývají přesnou spektroskopií.

Praktickou výhodou je také kompaktnost. Přístroj o velikosti krabice na boty by bylo možné snáze přenášet, instalovat do různých experimentálních uspořádání a případně využít i mimo specializovaná pracoviště. Menší rozměry obvykle znamenají také nižší nároky na stabilizaci prostředí a potenciálně nižší náklady, i když konkrétní údaje o ceně ani o plánech na komerční využití nejsou k dispozici.

Na vývoji spolupracovali výzkumníci z několika zemí, přičemž vedení měla australská univerzita v Adelaide. Mezinárodní složení týmu odpovídá povaze oboru, v němž se propojují znalosti z optiky, fotoniky a atomové fyziky a kde se pokroky často rodí ve spolupráci více pracovišť.

Podrobnosti o tom, jak přesně bude zařízení dále testováno a v jakých konkrétních experimentech se uplatní, zatím nejsou známy. Již nyní je ale zřejmé, že kombinace jednoduché konstrukce, využití integrační koule a překvapivého zhodnocení laserového rušení představuje nový přístup k měření světla. Pokud se potvrdí, že přístroj dosahuje uváděného rozlišení opakovaně a spolehlivě, může se stát užitečným nástrojem pro výzkum, v němž každý zlomek vlnové délky hraje roli.

Dosažené rozlišení 6 femtometrů tak podle autorů otevírá možnost provádět atomová měření s dosud nedosaženou přesností v zařízení, které není větší než krabice od bot. Zda se přístup rozšíří i do dalších oblastí, ukážou další studie a praktické zkoušky.