Teraz máme atómové hodiny také presné, že dokážu rozpoznať skreslenie časopriestoru

(N. Phillips/NIST)

Atómové hodiny, založené na nepatrných osciláciách atómov, sú najpresnejšie časomerné zariadenia, aké ľudia vytvorili.

Každý rok vedci robia úpravy, ktoré zlepšujú presnosť týchto zariadení. Teraz dosiahli nové výkonové rekordy, vďaka čomu sú dve atómové hodiny také presné, že ich dokázali rozpoznať gravitačné vlny , tie slabé vlnky v štruktúre časopriestoru.

Skvele šikovní fyzici z amerického Národného inštitútu pre štandardy a technológie (NIST) dosiahli tieto rekordy v troch najdôležitejších meraniach používaných na posúdenie výkonu atómových hodín: systematická neistota, stabilita a reprodukovateľnosť.



„[To] možno považovať za „kráľovský výboj“ výkonu týchto hodín,“ vysvetlil fyzik NIST Andrew Ludlow .

Obe nové rekordné hodiny sú založené na ytterbium atómov. V každých hodinách optická mriežka vyrobená z laserov drží tisíc týchto atómov nepohyblivo. Tieto lasery excitujú elektróny atómov, ktoré potom oscilujú a prepínajú s neuveriteľnou pravidelnosťou medzi dvoma energetickými stavmi.

Podobne ako tikot analógových hodín, aj toto prepínanie energie možno použiť na udržanie času – ale s oveľa väčšou presnosťou ako akékoľvek analógové alebo dokonca digitálne hodiny. Najnovší lámač rekordov,vydaný minulý rok, bol taký presný, že by dokázal udržať čas bez straty alebo zisku sekundy po dobu 15 miliárd rokov.

Aje definovaná štandardná sekundakmitmi atómu cézia. Takže viete, celkom úžasne presné veci.

Čo teda tieto nové rekordy znamenajú?

Systematická neistota sa týka toho, či hodiny presne držia čas s osciláciami atómov. Dve hodiny boli synchronizované s frekvenciou ytterbia s chybovosťou 1,4 dielu na 1018.

Stabilita sa vzťahuje na zmenu frekvencie hodín počas určitého časového obdobia. Zmena ytterbiových hodín bola len 3,2 dielu z 1019(alebo 0,00000000000000000032).

A nakoniec, reprodukovateľnosť sa týka toho, ako blízko tikajú hodiny na rovnakej frekvencii. Ich rozdiel bol pod úrovňou 10-18alebo miliardtina miliardy. A toto sú tie peniaze.

'Zhoda dvoch hodín na tejto bezprecedentnej úrovni, ktorú nazývame reprodukovateľnosť, je možno tým najdôležitejším výsledkom, pretože v podstate vyžaduje a odôvodňuje ostatné dva výsledky.' povedal Ludlow .

'To platí najmä preto, že preukázaná reprodukovateľnosť ukazuje, že celková chyba hodín klesá pod našu všeobecnú schopnosť zodpovedať vplyvu gravitácie na čas tu na Zemi.'

'Preto, keď si predstavujeme, že sa takéto hodiny používajú v celej krajine alebo vo svete, ich relatívny výkon by bol po prvýkrát obmedzený gravitačnými účinkami Zeme.'

Táto ohromujúca presnosť určite prospeje mnohým prístrojom a experimentom, kde sa používajú atómové hodiny.

Jedným z príkladov súglobálne polohovacie systémy, ktoré prijímajú signály zo satelitov vybavených atómovými hodinami, následne merajú časové oneskorenie signálu z každého satelitu a premieňajú ich na priestorové súradnice.

Zvykli si aj na atómové hodiny detekovať a merať dilatácia času, vplyv rýchlosti alebo gravitácie na čas. Relatívna rýchlosť spomaľuje čas. Väčšia gravitácia tiež spomaľuje čas; napríklad vo vyšších nadmorských výškach v pozemskom čase sa pohybuje o niečo rýchlejšie .

Kvôli tomuto rozdielu môžu byť atómové hodiny umiestnené v rôznych nadmorských výškach na meranie samotnej gravitácie. To znamená, že tieto nové hodiny by sa teoreticky mohli použiť na meranie tvaru gravitačného poľa Zeme, poľa známeho ako relativistická geodézia s presnosťou na centimeter.

Ale takto presné atómové hodiny a tak citlivé na gravitáciu by mohli potenciálne odhaliť aj neuveriteľne slabé signály z gravitačných vĺn.

A je tu neuveriteľne lákavá vyhliadka temná hmota , ktoré sme ešte nikdy priamo nezistili. Teoreticky, kedy Atómové hodiny interagujú s temnou hmotou môžu zrýchliť alebo spomaliť - ale o úplne nepatrné zlomky sekundy. Synchronizované atómové hodiny dokáže tieto rozdiely zistiť spôsobom, ktorý iné hodiny nedokážu.

Tieto aplikácie sa ešte musia použiť s týmito novými lámačmi rekordov - s množstvom potrebného výkonu lasera sú teraz akosi viazané na laboratórium. Ale určite je to vzrušujúci skok vpred.

Výskum tímu bol publikovaný v časopise Príroda .

O Nás

Publikácia Nezávislých, Osvedčených Skutočností O Správach O Zdraví, Priestore, Prírode, Technológii A Životnom Prostredí.