Физичари су развили атомски сат толико прецизно да би га могли искључити за мање од једне секунде у 14 милијарди година. Таква тачност и прецизност чине га више од обичног сата. То је моћан научни инструмент који може да мери гравитационе таласе, мери меру Земљине гравитационе форме и можда чак и детектује тамну материју.
Како су то урадили?
Физичари из Националног института за стандарде и технологију кажу да је њихов нови атомски сат заснован на реткомерном елементу иттербију. Они користе мрежу ласерских зрака које се називају оптичка решетка да би ухватили 1000 атома јтербијума. Атоми природно „крпељи“ пребацивањем између два нивоа енергије. Та се акција назива атомска транзиција електрона и трају наносекунде. Сваки пут када означе или промене нивое енергије, електрони емитују микроталасну енергију, што се може открити. Физичари НИСТ-а изградили су два од ових сати итербијума и упоређујући их постигли су рекордне перформансе.
Овај рекордни учинак мери се на три начина:
- Систематична неизвесност: Овако добро сат представља природне вибрације атома итербија. Сат итербијума је искључен само једну милијарду од милијарду.
- Стабилност: Ово је колико се фреквенција сата мења у одређеном времену. У овом случају су измерили свој сатни сат и он се мењао за само 0,00000000000000000032) током дана.
- Репродуцибилност: Ово мери колико ближе два сата итербију откуцавају на истој фреквенцији. У 10 поређења између пара сатова, разлика је опет била мања од једне милијарде милијарде.
„Систематична несигурност, стабилност и обновљивост могу се сматрати„ краљевским флусхом “перформанси за ове сатове,“ рекао је вођа пројекта Андрев Лудлов у саопћењу за јавност. "Договор два сата на овом невиђеном нивоу, који називамо обновљивост, можда је најважнији резултат, јер он у суштини захтева и потврђује друга два резултата."
Ајнштајн нам је показао да време пролази другачије, у зависности од гравитације коју и ви подлежете. Откуцавање атома у атомском сату се успорава када се посматра јача гравитација. На врху планине. На пример, Еверест се време креће брже него на дну Маријанског рова. То је зато што се овде, на Земљи, сила гравитације концентрише у центру планете. Што сте даље од центра, то је мање гравитације. Ефекат није велики, можда само милионите секунде. Али то је тамо То некако делује контраиндуктивно, али то је показао Ајнштајн и показало се да је тачно.
Изузетна ствар овог новог атомског сата је то што показује демонстрирана репродуктивност, што значи да је грешка сата испод наше способности откривања гравитационог ефекта на време овде на Земљи.
НИСТ физичар Андрев Лудлов то објашњава овако: "... демонстрирана репродуктивност показује да укупна грешка сата пада испод наше опште способности израчунавања утицаја гравитације на време овде на Земљи. Стога, док предвиђамо да се такви сатови користе широм земље или света, њихов релативни учинак први пут би био ограничен гравитацијским ефектима Земље. "
Физичари кажу да сада када имамо сат који је тачност већа од гравитационог ефекта на време, можемо да користимо сат за мерење Земљине гравитационе форме. Уобичајени начин мерења гравитационог облика Земље је мерењем осеке. Користе се мјерачи плиме и осеке постављени широм света, али њихова тачност је само неколико центиметара. Нови сатови би могли тачност спустити на мање од једног центиметра.
У ствари, ови сатови који се могу користити за мерење много више од гравитационог облика Земље. Они се могу користити за мерење самог простора и времена и за детекцију гравитационих таласа из раног свемира. Могуће је да чак могу измерити тамну материју. На овом нивоу тачности и прецизности, овај инструмент је много више од сата.
Сат не може утицати само на гравитацију попут сата. Остали утицаји на животну средину могу пореметити тачност уређаја. Они морају бити хлађени и морају бити изоловани од било каквих залуталих електричних поља. Нови сатови су заштићени од електричних и топлотних ефеката тако да се могу водити рачуна и исправљати.
Помоћу побољшања попут електричног и топлотног оклопа, физичари граде преносне сатове итербијума који се могу транспортовати у различите лабораторије ради мерења и поређења других сатова. Такође би могли да буду премештени на друге локације како би проучавали технике релативистичке геодезије. Ово би било промењивач игара, јер су тренутно наши најбољи атомски сатови величине, такозване „фонтане-часовнице“ које цезијевим атомом користе за дефинисање другог.
Али то би се могло променити са новим сатовима.
Претходни атомски сатови се базирају на елементу цезијуму, који је до сада пружао најтачнију доступну сатницу. Вибрација цезијевог атома користи се од 1960-их година за дефинисање трајања једне секунде у Међународном систему јединица (ИСУ). Али с развојем сата итербија, време цезијума може проћи.
Први цезијумски сат изграђен је 1955. године и од тада је то златни стандард. Званична дефиниција другог, ако вас интересује, користи се од 1967. године. Каже: „Други је трајање 9 192 631 770 периода зрачења који одговара прелазу између два хиперфина нивоа тла. стање атома цезијума 133. “ Затим су га 1997. године појаснили како би цесијум морао бити 0 Келвина.
Остали атомски сатови изграђени су користећи рубидијум, који се може учинити преносивим. Нису тачни као цезијум, али су довољно добри за апликације попут ГПС-а, базних станица за мобилне телефоне и за контролу фреквенције телевизијских станица. Али с развојем новог атомског сата помоћу атома иттербија, можда ћемо имати најбоље из оба света: невиђену научну тачност и преносивост.
Нови атомски сат иттербија водећи је кандидат за редефинирање дефиниције колико траје једна секунда. То је зато што испуњава праг тачности који је дефинисао Међународни систем јединица. То тело је рекло да ће свака нова дефиниција захтевати 100-годишње побољшање потврђене тачности у односу на цезијеве сатове који се тренутно користе за дефинисање другог.
Време смо дефинирали окретањем Земље, али од тада смо далеко прошли. Атомски сат који користи квачицу елемената ретке земље за мерење гравитационог облика Земље, гравитационих таласа из раног Универзума, а можда чак и тамне материје је нешто што историјски човек није могао да замисли кад би убацио штап у земљу да направите сунце.
- Саопштење за јавност: НИСТ Атомски сатови сада имају довољно времена да побољшају моделе Земље
- Истраживачки рад: Перформансе атомског сата изнад геодетске границе
- МИТ Невс: Атомско одбројавање времена, у покрету
- Википедија: Атомски сат
- Википедија: Цезијум стандард
- Википедија: Атомски електронски прелаз
