Umorni od vaših ručnih satova gube vrijeme kako godine prolaze? Novi atomski sat, koji je najtačniji ikad, koristi atome i lasere itterbija za precizno definiranje sekunde. Slika putem korisnika Flickr Earls37a
Da je sat na vašem zapešću tekao polako tijekom pet godina, vjerojatno ništa od toga ne biste pomislili. Ali znanstvenici i inženjeri se oslanjaju na ultra-točne atomske satove za niz primjena, a potraga za sve preciznijim satovima traje već tisućljećima.
Sada je skupina istraživača pod vodstvom Andrewa Ludlowa s Nacionalnog instituta za standarde i tehnologiju postavila traku više nego ikad. Njihov najnoviji atomski sat, otkriven jučer, predviđa se da će postati netačan u vremenu od 1, 6 sekundi nakon što je otrčao ukupno 10 18 sekundi - ili, drugim riječima, izgubiće jednu punu sekundu tijekom otprilike 50, 8 milijardi godina,
U radu koji opisuje njihov sat, istraživači su pružili par analogija za ovu razinu točnosti: „ekvivalent je specificirati starost poznatog svemira s preciznošću manjom od jedne sekunde“, napisali su, „ili promjera Zemlje na manje nego širina atoma. "
Kao i svi satovi, atomski satovi održavaju dosljedno vrijeme temeljeći na trajanju sekunde izvan fizičkog događaja koji se događa s pravilnošću. Dok mehanički satovi koriste njihanje klatna za održavanje vremena, atomski satovi koriste mehanizam koji se javlja s još većom pravilnošću: specifičnu frekvenciju svjetlosti koja je potrebna da bi atom fluktuirao između dva energetska stanja (konkretno, za prelazak iz prizemnog stanja u uzbuđeno stanje) što je uvijek jednolika vrijednost. Na primjer, trenutni međunarodni standard koji definira trajanje jedne sekunde je 9, 192, 631, 770 ciklusa količine mikrovalnog zračenja koja uzrokuje da atomi cezija fluktuiraju između dva energetska stanja i u tom procesu emitiraju najviše moguće svjetlosti.
Međutim, nekoliko čimbenika može iskriviti čak i najspremnija mjerenja ove frekvencije. Ono što su istraživači iza ovog novog sata napravili jest stvoriti inovativni dizajn (koristeći drugačiji element) koji ove distorzije minimizira više nego bilo koji sat prije.
Njihov dizajn, nazvan "sat s optičkom rešetkom", hvata atome itterbija u rešetkanu kutiju laserskih zraka. Ako se drže na mjestu, atomi su bombardirani drugom vrstom lasera, koji prisiljava njihove elektrone da uskoče u energetsku razinu. Senzor provjerava kako bi bili sigurni da svi atomi dosežu višu energetsku razinu, a precizna frekvencija svjetlosti koja je potrebna da ih prisili na to tada se pretvara u točnu dužinu sekunde.
Normalno, svako malo fizičko kretanje atoma, dok su bombardirani, može dovesti do suptilnih promjena u frekvenciji svjetlosti koja je potrebna za podizanje njihove energetske razine (rezultat Doplerovog pomaka), izbacujući tačnost sata. Ali, kako je opisano u tehnološkom pregledu MIT-a, gdje su vijesti o satu prvi put objavljene, kutija laserskih zraka „drži atome u hvataljnom stisku što umanjuje bilo kakve Doplerove efekte.“ Pored toga, rešetke zadržavaju relativno velik broj atoma (između 1.000 i 1.000.000) u usporedbi s većinom atomskog sata, tako da prosječenje količine zračenja potrebne za podizanje svakog od njih na višu energetsku razinu daje točniju vrijednost precizne frekvencije zračenja, koja se zatim koristi za postavljanje vremena.
Uspoređujući dva takva sata zajedno, autori su pronašli nešto izvanredno - svaki „krpelj“ mjeri vremenske intervale tako savršeno da će jedan sat zaostajati za pravim vremenom samo za desetinu sekunde kada naše Sunce zakloni Zemlju dok se razvija u crveno div oko 5 milijardi godina.
Ovaj novi sat - i postepeno usavršavanje atomskih satova u cjelini - može se činiti čistom akademskom potjerom, ali u stvarnosti postoji mnoštvo vrlo korisnih primjena tehnologije. Uzmimo, na primjer, aplikaciju "karte" na svom telefonu. Bez mogućnosti da usko sinkronizira satove na velikim udaljenostima, GPS sustav ne bi mogao raditi, jer se oslanja na točnu usporedbu vremena koje je potrebno signalima za putovanje s nekoliko različitih satelita na uređaj sa omogućenim GPS-om.
Buduće potrage koje bi mogle upotrijebiti ovaj najnoviji napredak u tehnologiji atomskog sata mogu spadati u znanost geodezije koja nastoji precizno izmjeriti sitne promjene u obliku Zemlje i njenom gravitacijskom polju s vremenom. Svi satovi otkucavaju beskonačno sporijim brzinama na razini mora nego na kilometru visini, jer je sila gravitacije jača kada se približi Zemlji. Trenutno se s najsofisticiranijim atomskim satovima ta razlika u brzini može izmjeriti samo kad se elevacija promijeni na tisuću stopa, ali s novim satom moći će se otkriti kada sat podigne ili spusti za samo centimetar, čineći sustav potencijalno korisno za mjerenje malih promjena u debljini ledenog leda ili nadmorske visine koje su s vremenom stekli planinski lanci prilikom sudaranja tektonskih ploča.
