Fáradt a karóráitól, amelyek az évek során elveszítik az időt? Egy új atomóra, amely valaha a legpontosabb, ytterbium atomokat és lézereket használ a másodperc pontos meghatározására. Kép a Flickr Earls37a felhasználóján keresztül
Ha egy csuklóján lévő óra öt perc alatt lassan fut, akkor valószínűleg nem gondolt volna rá. De a tudósok és a mérnökök számos alkalmazásra támaszkodnak az ultra-pontos atomórákra, és az egyre pontosabb órákra való törekvés évezredek óta folytatódik.
Most egy kutatói csoport, amelyet Andrew Ludlow vezet a Nemzeti Szabványügyi és Technológiai Intézetből, magasabbra állította a sávot, mint valaha. Legutóbbi, tegnap leleplezett atomórájuk várhatóan 1, 6 másodperc alatt pontatlanná válik, összesen 10 18 másodperc futtatása után, vagyis más szavakkal, egy teljes másodpercet veszít körülbelül 50, 8 milliárd év alatt. .
Az óraüket leíró cikkben a kutatók pár analógiát adtak a pontosság e szintjére: „egyenértékű azzal, hogy az ismert univerzum életkorát egy másodpercnél kisebb pontossággal meghatározzuk” - írták -, vagy a Föld átmérőjét kevesebbel mint egy atom szélessége. ”
Mint minden óra, az atomi órák folyamatos időtartamot tartanak azáltal, hogy egy másodperc időtartamát alapozzák a szabályszerűséggel bekövetkező fizikai eseményből. Míg a mechanikus órák az idő megtartására az inga lengését használják, addig az atomi órák olyan mechanizmust használnak, amely még szabályosabb: a fény specifikus frekvenciája szükséges ahhoz, hogy az atom ingadozzon két energiaállapot között (konkrétan az alapállapotból való távozáshoz). izgatott állapotba), amely mindig egységes érték. Például a jelenlegi nemzetközi szabvány, amely meghatározza a másodperc időtartamát, 9 192 631 770 ciklus annak a mikrohullámú sugárzásnak a mennyiségét, amely a cézium atomok ingadozását okozza a két energiaállapot között, és a folyamat során a lehető legnagyobb fényt bocsátja ki.
Néhány tényező torzíthatja azonban még a frekvencia legfontosabb méréseit is. Amit az új óra mögött a kutatók hoztak, egy innovatív kialakítást hoznak létre (egy másik elem használatával), amely minimalizálja ezeket a torzulásokat, mint bármely más korban.
Az „optikai rácsórának” nevezett kialakításuk becsapja az ytterbium atomokat a lézernyalábok rácsos dobozába. A helyükön tartva az atomokat egy második típusú lézer bombázza, amely kényszeríti az elektronjaikat, hogy feljebb lépjenek az energiaszinten. Az érzékelő ellenőrzi, hogy minden atom eléri-e a magasabb energiaszintet, és az erre való kényszerítéshez szükséges pontos frekvencia átalakul a másodperc pontos hosszává.
Általában az atomok bármilyen csekély fizikai mozgása bombázásukkor finom változásokhoz vezethet az energiaszintjük emeléséhez szükséges fény gyakoriságában (Doppler-eltolódás eredményeként), és az óra pontosságát elveszti. De amint azt a MIT Technology Review-ban leírták, ahol az óra hírét először publikálták, a lézernyaláb-doboz „az atomokat olyan helyes fogásban tartja, amely minimalizálja a Doppler-effektusokat.” Ezenkívül a rács viszonylag nagy számban csapdába esik. atomok (1000 és 1 000 000 közötti) a legtöbb atomórához képest, tehát ezeknek a magasabb energiaszintre emeléséhez szükséges sugárzás mennyiségének átlagolása biztosítja a sugárzás pontos frekvenciájának pontosabb értékét, amelyet az idő beállításához használnak.
Két ilyen órát összevetve a szerzők valami figyelemre méltó képet találtak - mindegyik „kullancs” annyira tökéletesen méri az időintervallumokat, hogy egy óra másodperces tizeddel csak elmarad a valós időtől, amikor a Nap beborítja a Földet, miközben vörösre alakul. óriás, körülbelül 5 milliárd év múlva.
Ez az új óra - és az atomórák egészének fokozatos finomítása - pusztán tudományos törekvésnek tűnik, de a valóságban rengeteg nagyon hasznos alkalmazás van a technológiában. Vegyük például a telefon „térképeket”. Az órák nagy távolságok közötti szoros szinkronizálásának képessége nélkül a GPS-rendszer nem működne, mert az a pontos összehasonlításra támaszkodik, amely alatt a jelek több különféle műholdról a GPS-kompatibilis eszközre történő utazáshoz szükségesek.
A jövőbeli törekvések, amelyek felhasználhatják az atomóra-technológia e legújabb előrelépését, a geodézia tudományába tartozhatnak, amelynek célja a Föld alakjának és gravitációs mezőjének apró változásainak pontos mérése az idő múlásával. Az összes óra tengelyszinten végtelenül alacsonyabb sebességgel ketyeg, mint egy mérföldes magasságnál, mivel a gravitációs erő erősebb, ha közelebb van a Földhöz. Jelenleg a legkifinomultabb atomóráknál ez a sebességkülönbség csak akkor mérhető, ha a magasság több ezer lábnyira változik, de az új órával felismerhetők lesznek, amikor az órát csupán centiméterrel emelik fel vagy engedik le, így a rendszer potenciálisan hasznos a gleccser jégvastagságának vagy a hegyláncok által az idő során a tektonikus lemezek összeomlása által elért magasság mérésének méréséhez.
