Naujas mokslininkų laikrodis sumušė visus tikslumo rekordus: „tai įspūdingas pavyzdys, ką gali nuveikti žmogus“ (Video)

Dauguma atominių laikrodžių naudoja cezio-133 atomus. Laikrodžio „tiksėjimas“ matuojamas mikrobangomis, kurias skleidžia šie atomai, sugerdami lazerio energiją, peršokdami į aukštesnę orbitalę ir grįždami į žemesnę.

Bet šių laikrodžių tikslumas riboja cezio elektronų judėjimo greitis: peršokti į aukštesnę orbitalę ir grįžti atgal jie tegali 9 milijardus kartų per sekundę. Tuo tarpu stroncio atomuose tokie perėjimai gali vykti beveik 1 milijoną milijardų kartų per sekundę.

„2014 metais tiksliausio pasaulyje optinio laikrodžio netikslumas buvo maždaug viena sekundė per visatos egzistavimo amžių,“ sako Jun Ye iš Kolorado universiteto Boulderyje. Ankstesnių cezio laikrodžių paklaida buvo iki sekundės per 300 milijonų metų.

Dabar Ye grupė pagamino stroncio laikrodį, kuris toks tikslus, kad iš 10 kvintilijonų (10¹⁹) „sutiksėjimų“ nesinchroniški būtų vos 3,5 – tai pirmasis tokio tikslumo atominis laikrodis.

Atomų kontroliavimas

Kurdami tikslesnį laikrodį, Ye ir komanda sukūrė trimatę struktūrą, kurioje galėjo lazeriu matuoti didesnio atomų skaičiaus signalus vienu metu. Bet sudėjus pernelyg daug atomų, signalą gali iškraipyti atomų susidūrimai.

Naudodami gardelę, tyrėjai galėjo stebėti daug tankiau išdėliotus atomus – 10 trilijonų atomų kubiniame centimetre, kai anksčiau buvo 10 milijardų atomų kubiniame centimetre – ir geriau kontroliuot šių atomų sąveikas, sumažindami jų tarpusavio susidūrimų dažnį.

Jie atšaldė atomus iki -273˚C ir įtvirtinto kiekvieną savo vietoje, kad galėtų kontroliuoti jų sąveikas. „Įsivaizduokite, miesto kvartalą iš vienviečių namų. Kiekviename name gyvena po vieną žmogų ir kaimynams niekada neleidžiama apsilankyti,“ sako Ye. „Kiekvienas atomas būna savo konkrečioje vietoje.“

Itin žema temperatūra atomus paverčia vadinamomis kvantinėmis dujomis. „Kai dujinės fazės atomai labai karšti, jie juda ir trankosi vienas į kitą. Kai dujų temperatūra sumažinama taip, kad šios dalelės pradeda judėti kaip bangos – jos ima vengti viena kitos,“ – paaiškino Ye.

Laikas parodys

Tiksliais laikrodžiais galime patikrinti tokias teorijas, kaip, pavyzdžiui, Einsteino bendrąjį reliatyvumą – kuris tvirtina, kad skirtingą gravitacinę jėgą patiriantys laikrodžiai eina skirtingai – ir ieškoti gravitacinių bangų, keičiančių laiko tėkmę tolimajame kosmose.

Nors tai tiksliausias kada nors pagamintas laikrodis, jis dar veikia nepakankamai ilgai, kad būtų galima patvirtinti, kad jis toks išliks bėgant laikui, sako Ye.

Christian Lisdat iš Physikalisch-Technische Bundesanstalt Vokietijoje, domisi, kaip 3D-gardelės išdėliojimas paveiks laikrodžio tikslumą, bet yra įsitikinęs, kad rezultatai tvirti. „Tai įspūdingas pavyzdys, ką gali nuveikti žmogus,“ sako Lisdatas.

Žurnalo nuoroda: Science, DOI: 10.1126/science.aam5538

Aylin Woodward
newscientist.com