Уморни су вам ручни сатови губећи вријеме како године пролазе? Нови атомски сат, који је најтачнији икада, користи атоме и ласере иттербија за прецизно дефинисање секунде. Слика преко корисника Флицкр Еарлс37а
Да је сат на вашем зглобу текао пола сата током једне године, вероватно о томе не бисте помислили. Али научници и инжењери се ослањају на ултра-тачне атомске сатове за читав низ примена, а потрага за све прецизнијим сатовима траје већ миленијумима.
Сада је група истраживача на челу са Андревом Лудловом из Националног института за стандарде и технологију, поставила траку вишу него икад. Њихов најновији атомски сат, откривен јуче, предвиђа се да ће постати нетачан за 1, 6 секунди након што је провео укупно 10 18 секунди - или, другим речима, изгубиће једну секунду у току током око 50, 8 милијарди година .
У раду који описује њихов сат, истраживачи су пружили пар аналогија за овај ниво тачности: „еквивалент је одређивању старости познатог универзума са прецизношћу мањом од једне секунде“, написали су, „или пречник Земље на мањи него ширина атома. "
Као и сви сатови, атомски сатови задржавају стално време базирајући се на трајању секунде од физичког догађаја који се дешава са правилношћу. Док механички сатови користе њихање клатна да би одржали време, атомски сатови користе механизам који се јавља са још већом правилношћу: специфична фреквенција светлости која је потребна да би атом флуктуирао између два енергетска стања (конкретно, да би прешао из приземног стања у узбуђено стање), што је увек једнолика вредност. На пример, тренутни међународни стандард који дефинише трајање једне секунде је 9, 192, 631, 770 циклуса количине микроталасне радијације која узрокује да атоми цезијума осцилирају између два енергетска стања и у том процесу емитују највише могуће светлости.
Међутим, неколико фактора може изобличити чак и најсвечанија мерења ове фреквенције. Оно што су урадили истраживачи који стоје иза овог новог сата је креирање иновативног дизајна (користећи другачији елемент) који ове дисторзије минимизира више него било који сат раније.
Њихов дизајн, назван "сат са оптичком решетком", заробљава атоме иттербија у решетканој кутији ласерских зрака. Задржани на месту, атоми су бомбардовани другом врстом ласера, који присиљава њихове електроне да ускоче у енергетски ниво. Сензор проверава да ли су сви атоми достигли виши енергетски ниво, а прецизна фреквенција светлости која је потребна да се на то примора онда се претвара у тачну дужину секунде.
Обично, свако мало физичко кретање атома, док су бомбардовани, може довести до суптилних промена у фреквенцији светлости која је потребна за подизање њиховог нивоа енергије (резултат доплерског померања), одбацивањем тачности сата. Али, како је описано у технолошком прегледу МИТ-а, где су вести о сату први пут објављене, кутија ласерских снопова „држи атоме у закрпљеном стиску што минимизира било какве доплерове ефекте.“ Поред тога, решетке задржавају релативно велики број атома (између 1.000 и 1.000.000) у поређењу са већином атомског сата, тако да просечна количина зрачења која је потребна да се сваки од њих подигне на виши енергетски ниво даје тачнију вредност прецизне фреквенције зрачења, која се затим користи за подешавање времена.
Упоређујући два таква сата заједно, аутори су пронашли нешто изванредно - сваки „крпељ“ мери интервале времена тако савршено да ће један сат заостајати за правим временом само за десетину секунде када наше Сунце заклони Земљу док се развија у црвено гигант око 5 милијарди година.
Овај нови сат - и постепено усавршавање атомских сатова у целини - може изгледати као потпуно академска потрага, али у стварности постоји тона врло корисних примена технологије. Узмимо, на пример, апликацију „мапе“ на свом телефону. Без могућности да уско синхронизује сатове на великим даљинама, ГПС систем не би могао да ради, јер се ослања на тачно упоређивање времена које је потребно сигналима да путују с неколико различитих сателита на уређај са омогућеним ГПС-ом.
Будуће потраге које би могле искористити овај најновији напредак у технологији атомског сата могли би пасти у науку о геодезији која настоји прецизно измерити ситне промене у облику Земље и њеном гравитационом пољу током времена. Сви сатови откуцавају на бесконачно споријим стопама на нивоу мора него на километру висини, јер је сила гравитације јача када је ближа Земљи. Тренутно, са најсофистициранијим атомским сатовима, та се разлика у брзини може мерити само када се надморска висина промени хиљадама стопа, али са новим сатом моћи ће се открити када сат подигне или спусти за само центиметар, чинећи систем потенцијално корисно за мерење мањих промена дебљине или висине леденичког леда које планински низови добијају током сударања тектонских плоча.
