Mokslininkai įvertinti už išskirtinės technologijos sukūrimą: itin tikslus laikrodis prarastų mažiau nei 1 sekundę, jei veiktų 30 mlrd. metų

1000 kartų tikslesnis laikas

Hidetoshi Yatori ir Jun Ye laimėjo 2022 m. proveržio premiją fundamentaliosios fizikos srityje „už išskirtinį indėlį išrandant ir kuriant optinį tinklinį laikrodį, kuris leidžia tiksliai patikrinti pagrindinius gamtos dėsnius“, šiandien (rugsėjo 8 d.) paskelbė proveržio premijos atstovai.

H. Yatori dirba Tokijo universitete ir Japonijos „Riken“ mokslinių tyrimų institute, o J. Ye namais vadina Kolorado Boulderio universitetą ir Nacionalinį standartų ir technologijų institutą. Duetas dirbo nepriklausomai ir pasidalys 3 mln. dolerių premiją.

Moksliniai tyrimai buvo svarbiausi kuriant optinio tinklelio laikrodį, kuris, pasak „Breakthrough Prize“ atstovų, 1000 kartų padidina laiko matavimo tikslumą. Naujasis laikrodis prarastų mažiau nei 1 sekundę, jei veiktų 30 mlrd. metų – dvigubai ilgiau nei visatos amžius.

Optiniai tinkliniai laikrodžiai yra evoliucinis žingsnis tolyn nuo tradicinių atominių laikrodžių. Iš tiesų „viena sekundė“ oficialiai apibrėžiama kaip 9 192 631 770 spinduliuotės ciklų, kurie priverčia cezio atomo elektronus atlikti kvantinį šuolį.

Iš pradžių atominiai laikrodžiai šiems šuoliams sukelti naudojo mikrobangų dažnio spinduliuotę. Pažanga padaryta pakeitus optinę šviesą, kurios dažnis yra apie 100 tūkst. kartų didesnis nei mikrobangų. Šie aukštesni dažniai leido užtikrinti didesnį laiko matavimo tikslumą, kaip ir senelių laikrodžiuose su greičiau besisukančiomis švytuoklėmis, sakė „Breakthrough“ atstovai.

Išmatuoti aukštesnius dažnius buvo daug sunkiau, tačiau šią problemą daugiau ar mažiau išsprendė Džono Hallo (John Hall) ir Teodoro Henscho (Theodor Hänsch) sukurtos „optinių dažnių šukės“ – technologija, už kurią jie 2005 m. gavo Nobelio fizikos premiją.

Optinio dažnio atominiuose laikrodžiuose naudojami stroncio, o ne cezio atomai. Ir H. Yatori, ir J. Ye sugalvojo, kaip sutramdyti stroncio atomus, kad jie nejudėtų ir juos būtų galima išmatuoti. Tyrėjai naudoja „optinę grotelę“ – stovimąją lazerio spindulio bangą, kuri sukuria tarsi kiaušinio formos dėžutę, kurios duobutės sulaiko atomus.

„Mes jį sukonstravome taip, kad šis šių atomų laikymo veiksmas nesukeltų jokių trikdžių matuojant energijos atstumą tarp šių dviejų kvantinių būsenų, kuris iš tikrųjų svarbus matuojant laikrodį“, – sakė J. Ye. „Taigi, tai buvo beveik kaip nemokami pietūs.“

Ši pažanga padėjo optinį tinklinį laikrodį paversti realybe ir pelnė H. Yatori ir J. Ye fundamentaliosios fizikos proveržio premiją. Proveržio premijos atstovai teigė, kad technologijos pritaikymo galimybės yra labai įvairios. Pavyzdžiui, optiniai tinkliniai laikrodžiai galėtų gerokai padidinti Pasaulinės padėties nustatymo sistemos ir kitų palydovinės navigacijos tinklų tikslumą, taip pat leistų tiksliau nukreipti tolimojo kosmoso zondus.

Ši technologija taip pat leistų atlikti naujus Einšteino reliatyvumo teorijos bandymus, pavyzdžiui, mokslininkai galėtų tiksliau ištirti gravitacinį laiko trumpėjimo ir kitus efektus. Optiniai tinkliniai laikrodžiai taip pat galėtų padėti aptikti gravitacines bangas, įspėdami mokslininkus apie mažus laiko svyravimus, kuriuos sukelia šios erdvėlaikio bangos.