Нов атомски часовник ги поместува границите на физиката и разбирањето на универзумот
Научниците од Националниот институт за стандарди и технологија на САД (NIST) ги срушија сите рекорди, претставувајќи часовник кој е неверојатни 41 процент попрецизен од претходниот шампион во мерењето на времето. Овој револуционерен уред се базира на мерење на ситните вибрации на еден алуминиумски јон, изладен на речиси апсолутна нула, што постигнува точност од дури 19 децимални места при пресметување на секунда.
Но, не е срушен само рекордот за прецизност, технички познат како систематска неизвесност. Новиот часовник е исто така 2,6 пати постабилен од кој било друг уред од ваков вид, што претставува огромен скок напред.
„Работата на најточниот часовник во светот е навистина возбудлива“, вели физичарот Мејсон Маршал од NIST. „Тука во NIST, имаме можност да спроведуваме долгорочни проекти за прецизно мерење што ги поместуваат границите на физиката и нашето разбирање на универзумот.“
Квантна механика во служба на времето
Овој часовник, кулминација на дваесетгодишно истражување, се базира на длабоко разбирање на квантната физика. Неговата чувствителност е толку висока што дури и најмалото движење во околината може да предизвика мали, но мерливи отстапувања во неговото работење. За да го спречат ова, научниците ја згуснале дијамантската плоча што го сочинува куќиштето на часовникот, како и златните облоги на внатрешните електроди. Ова дополнително ги стабилизирало електричните полиња неопходни за прецизно „отчукување“.
Клучот за сигурност лежи во уникатно партнерство – алуминиумски јон е спарен со наелектризиран атом на магнезиум. Овој „помошнички“ јон го олеснува контролирањето на алуминиумот со ласер, давајќи им на истражувачите добитна комбинација од исклучителна прецизност и стабилност. Ласерот за експериментот беше испратен од соседна лабораторија оддалечена 2,2 милји, која самата по себе е позната по својата прецизност.
Благодарение на сите подобрувања, времето потребно за собирање податоци за мерење на една секунда со точност од 19 децимални места е намалено од три недели на само ден и половина.
„Ова е огромен и сложен предизвик бидејќи буквално секој дел од дизајнот влијае на часовникот“, објаснува Даниел Родригез Кастиљо, електроинженер во NIST.
Која е целта на толку прецизен часовник?
Секако, часовниците како овој не ни кажуваат само кога е време за спиење. Нивната улога е многу пофундаментална: тие служат како референтна точка за мерење на самото време. Тие се користат за калибрирање на други, помалку прецизни часовници, во сложени научни експерименти и за истражување на тајните на универзумот. Прецизното дефинирање на времетраењето на секундата е основа на модерната физика.
Нивните примени се клучни во различни научни области, од потрагата по темна материја до тестирањето на Ајнштајновата теорија на релативност. Научниците веруваат дека ова не е крајот на патот и дека со понатамошно подобрување на стабилноста на системот и усовршување на контролата на јоните, може да се постигне уште поголема прецизност.
„Со оваа платформа, подготвени сме да истражуваме нови архитектури на часовници, како што е зголемување на бројот на јони, па дури и нивното квантно заплеткување, што дополнително ќе ги подобри нашите можности за мерење“, заклучува физичарката Вила Артур-Дворшак. Истражувањето е објавено во научното списание „Физикален ривју летерс“.