المجال المغناطيسي للأرض ليس ثابتًا؛ فهو يرتجف بسبب الرياح الشمسية، والعواصف الرعدية البعيدة، وعمل مترو الأنفاق. لملاحظة هذه الارتجافات، نحتاج إلى جهاز لا يرتجف هو نفسه. لقد صنع الفيزيائيون مثل هذا الجهاز من ذرات الإيتربيوم المبردة إلى ما يقارب الصفر المطلق.
في الغاز العادي، تتحرك الذرات بشكل عشوائي، وتضيع إشارتها خلال أجزاء من الألف من الثانية. هنا، ذرات الإيتربيوم مثبتة في خلايا الشبكة البصرية، مثل البيض في علبة كرتونية. نظيران: إيتربيوم-171 بلف مغزلي 1/2 وإيتربيوم-173 بلف مغزلي 5/2. اللف المغزلي هو خاصية كمومية تولد عزمًا مغناطيسيًا صغيرًا داخل الذرة. معًا، يقيسان المجال المغناطيسي، والفرق في استجابتهما يسمح بطرح الضوضاء المشتركة. والنتيجة هي مقياس مغناطيسي مرافق: مستشعران في واحد.
الصعوبة الرئيسية هي أن الضوء الذي يحبس الذرات يخلخل لفها المغزلي. مجال الضوء يدير كل لف مغزلي قليلًا، مثل تيار الماء الذي يدير قاربًا خفيفًا. لتجنب ذلك، تم ضبط استقطاب الضوء ليكون خطيًا تمامًا، وبالنسبة للإيتربيوم-173 تم استخدام حالة قطة شرودنغر — تراكب لاتجاهين متعاكسين لللف المغزلي، حيث تلغي الإزاحات بعضها البعض. ونتيجة لذلك، تمكنوا من استجواب كلا النظيرين في وقت واحد بدقة عالية.
ما الذي يقدمه هذا؟ قمع الضوضاء المغناطيسية بأكثر من 30 ألف مرة. تم قياس نسبة العزوم المغناطيسية النووية بدقة 4 أجزاء في المليون. هذه الحساسية تسمح بالبحث عن تفاعلات فائقة الضعف لا تندرج ضمن النموذج القياسي: على سبيل المثال، مجالات من جسيمات المادة المظلمة الافتراضية.
الآن لدى الفيزيائيين منصة تعيش فيها الحالات الكمومية لدقيقة وليس للحظة. هذه خطوة نحو أجهزة استشعار ستشعر بما كان لا يمكن تمييزه سابقًا على خلفية الضوضاء الحرارية.
سُمي الإيتربيوم على اسم منجم الإيتربيوم في السويد حيث تم اكتشافه لأول مرة. من كيلوغرام واحد من الخام يمكن استخراج أقل من مليغرام من هذا المعدن.
في مسلسل «الامتداد»، تساعد أجهزة الاستشعار المغناطيسية فائقة الحساسية على الذرات الباردة في اكتشاف السفن ذات المحركات المطفأة — تقنية مشابهة تعمل بالفعل في المختبرات.