Ultrapresné atómové optické hodiny nám môžu pomôcť predefinovať dĺžku sekundy

(Lifehunter/iStock/Getty Images)

Definícia druhej, najzákladnejšej jednotky čas v našom súčasnom meracom systéme nebol aktualizovaný viac ako 70 rokov (uveďte alebo odoberte niekoľko miliardtín sekundy).

Ale v nasledujúcom desaťročí sa to môže zmeniť: Ultrapresné atómové optické hodiny, ktoré sa spoliehajú na viditeľné svetlo, sú na ceste k nastaveniu novej definície sekundy.

Tieto novšie verzie atómových hodín sú, prinajmenšom teoreticky, oveľa presnejšie ako céziové hodiny so zlatým štandardom, ktoré merajú sekundu na základe oscilácie cézia. atómov pri vystavení mikrovlny .



„Môžete si to predstaviť ako ekvivalent pravítka s čiarkami na každom milimetri, na rozdiel od tyče, ktorá meria iba 1 meter,“ Jeffrey Sherman, výskumník z Divízie času a frekvencie Národného inštitútu pre štandardy a technológie v Boulderi. Colorado, povedal Live Science.

V júni môže Medzinárodný úrad pre váhy a miery zverejniť kritériá potrebné pre akúkoľvek budúcu definíciu druhého, The New York Times nahlásené . Zatiaľ žiadne optické hodiny nie sú celkom pripravené na hlavný vysielací čas.

Ale nová definícia by mohla byť formálne schválená už v roku 2030, povedal Sherman.

K odmaskovaniu by mohol pomôcť nový typ optických hodín temná hmota neviditeľná látka, ktorá pôsobí gravitačnou silou; alebo nájsť zvyšky Veľký tresk volal gravitačné vlny , vlnky v vesmírny čas predpovedá Einsteinova teória relativity.

Základná merná jednotka

Súčasná štandardná sekunda je založená na experimente z roku 1957 s izotopom alebo variantom cézia. Pri pulzovaní špecifickou vlnovou dĺžkou mikrovlnnej energie sú atómy cézia najviac „vzrušené“ a uvoľňujú najväčší možný počet fotónov alebo jednotiek svetla.

Táto vlnová dĺžka, nazývaná prirodzená rezonančná frekvencia cézia, spôsobuje, že atómy cézia „tikajú“ 9 192 631 770-krát každú sekundu.

Táto počiatočná definícia sekundy bola zviazaná s dĺžkou dňa v roku 1957 – a to zase súviselo s premenlivými vecami, ako je rotácia Zeme a poloha iných nebeských objektov v tom čase, podľa The New York Times .

Naproti tomu optické atómové hodiny merajú osciláciu atómov, ktoré „tikajú“ oveľa rýchlejšie ako atómy cézia, keď sú pulzované svetlom vo viditeľnom rozsahu elektromagnetického spektra. Pretože môžu tikať oveľa rýchlejšie, môžu teoreticky definovať sekundu s oveľa jemnejším rozlíšením.

Existuje viacero uchádzačov o nahradenie cézia ako vládnuceho časomerača, vrátane stroncia, ytterbia a hliníka. Každý má svoje plusy a mínusy, povedal Sherman.

Na dosiahnutie takýchto hodín musia výskumníci pozastaviť a potom schladiť atómy na vláskovú šírku absolútnej nuly, potom ich pulzovať presne vyladenou farbou viditeľného svetla potrebnou na maximálne vybudenie atómov.

Jedna časť systému svieti svetlom na atómy a druhá počíta oscilácie.

Ale niektoré z najväčších výziev pochádzajú z uistenia sa, že laser vyžaruje presne správnu farbu svetla - povedzme určitý odtieň modrej alebo červenej - potrebný na nakopnutie atómov na ich rezonančnú frekvenciu, povedal Sherman.

Druhý krok - na počítanie oscilácií - vyžaduje takzvaný femtosekundový laserový frekvenčný hrebeň, ktorý vysiela impulzy svetla rozmiestnené v malých intervaloch, povedal Sherman.

Oba prvky sú neuveriteľne komplikované inžinierske výkony a môžu samy o sebe zaberať celú miestnosť v laboratóriu, povedal Sherman.

Použitie optických hodín

Prečo teda vedci chcú, aby sekundy merali stále presnejšie atómové hodiny? Nie je to len akademické cvičenie.

Čas jednoducho nekráča na vlastný bubon; Einsteinov teória relativity hovorí, že je pokrivený hmotou a gravitácia .

V dôsledku toho môže čas tikať nekonečne pomalšie na hladine mora, kde je gravitačné pole Zeme silnejšie, než na vrchole Mount Everestu, kde je stále o niečo slabšie.

Detekcia týchto nepatrných zmien v toku času by mohla tiež odhaliť dôkazy o novej fyzike.

napr. temná hmota vplyv bol doteraz zistený len vo vzdialenom tanci galaxií obiehajúcich okolo seba, z ohybu svetla okolo planét a hviezd a zo zvyškov svetla z galaxií. Veľký tresk .

Ale ak zhluky temnej hmoty číhajú bližšie k domovu, potom ich dokážu nájsť ultrapresné hodiny, ktoré zaznamenajú nepatrné spomalenie času.

Podobne, ako gravitačné vlny otriasajú tkanivom časopriestoru, stláčajú a naťahujú čas. Niektoré z najväčších gravitačných vĺn sú detekované laserovým interferometrom Gravitational-Wave Observatory, niekoľkotisícmíľovým štafetovým behom pre svetlo, ktorý meria výkyvy v časopriestore vytvorené kataklyzmickými udalosťami, ako napr. čierna diera kolízie.

Ale prápor atómových hodín vo vesmíre by ich mohol odhaliť dilatácia času účinky pre oveľa pomalšie gravitačné vlny, ako sú tie z kozmické mikrovlnné pozadie .

'Sú to takzvané prvotné gravitačné vlny, ktoré môžu byť pozostatkami veľkého tresku,' povedal Sherman.

Súvisiaci obsah:

Ultrapresné experimenty s atómovými hodinami potvrdzujú Einsteinove predpovede o čase

' Strašidelná akcia na diaľku by mohla vytvoriť takmer dokonalé hodiny

Nový detektor gravitačných vĺn zachytáva možný signál od začiatku času

Tento článok pôvodne publikoval Živá veda . Čítať pôvodný článok tu .

O Nás

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