Ali ste utrujeni od ročnih ur izgubili čas z leti? Nova atomska ura, ki je najbolj natančna doslej, uporablja atomske atome in laserje za natančno določitev sekunde. Slika prek uporabnika Flickr Earls37a
Če bi ura na zapestju tekla eno leto za pet minut, verjetno ne bi mislili ničesar o tem. Toda znanstveniki in inženirji se za različne namene zanašajo na ultra natančne atomske ure in iskanje vedno bolj natančnih ur traja že tisočletja.
Zdaj je skupina raziskovalcev pod vodstvom Andreja Ludlowa z Nacionalnega inštituta za standarde in tehnologijo postavila plašč višje kot kdajkoli prej. Njihova najnovejša atomska ura, ki je bila razkrita včeraj, naj bi po 1, 6 sekundah trajala natančno 1, 6 sekunde - ali z drugimi besedami, izgubi eno polno sekundo v približno 50, 8 milijarde let .
V prispevku, ki opisuje uro, so raziskovalci podali par analogij za to stopnjo natančnosti: "je enako natančno določiti starost znanega vesolja z natančnostjo, krajšo od ene sekunde, " so zapisali, "ali premer Zemlje na manjši kot širina atoma. "
Kot vse ure, atomske ure ohranjajo konsistenten čas tako, da določijo fizični dogodek, ki se dogaja z rednostjo, trajanje sekunde. Medtem ko mehanske ure uporabljajo nihanje nihala za vzdrževanje časa, atomske ure uporabljajo mehanizem, ki se pojavlja s še večjo pravilnostjo: specifično frekvenco svetlobe, potrebno za povzročanje nihanja atoma med dvema energetskima stanjem (konkretno za prehod iz zemeljskega stanja v vznemirjeno stanje), kar je vedno enotna vrednost. Na primer trenutni mednarodni standard, ki določa trajanje sekunde, znaša 9, 192, 631, 770 ciklov količine mikrovalovnega sevanja, zaradi katere se cezijevi atomi nihajo med obema energetskima stanjem in v tem procesu oddajajo največ možne svetlobe.
Nekaj dejavnikov pa lahko izkrivlja tudi najbolj skrbne meritve te frekvence. To, kar so storili raziskovalci za to novo uro, je ustvarjanje inovativne zasnove (z uporabo drugega elementa), ki te popačenja minimizira bolj kot katera koli ura prej.
Njihova zasnova, imenovana „optična ura rešetke“, lovi atome itterbija v rešetkovni škatli laserskih žarkov. Če se atomi držijo na mestu, drugi bombnik bombardira drugi tip laserja, ki prisili njihove elektrone, da skočijo v višino energije. Senzor preveri, ali vsi atomi dosežejo višjo energijsko raven, natančna frekvenca svetlobe, ki je potrebna za njihovo silo, se nato pretvori v natančno dolžino sekunde.
Običajno lahko vsako majhno fizično gibanje atomov, ko so bombardirane, privede do subtilnih sprememb v frekvenci svetlobe, ki so potrebne za dvig njihove energetske ravni (rezultat Dopplerjevega premika), kar odvrne natančnost ure. Toda, kot je opisano v tehnološkem pregledu MIT, kjer so bile prvič objavljene novice o uri, škatla laserskih žarkov "drži atome v primežnem oprijemu, ki zmanjšuje kakršne koli Doplerove učinke." Poleg tega rešetke lovijo relativno veliko število atomov (med 1.000 in 1.000.000) v primerjavi z večino atomske ure, tako da povprečje količine sevanja, ki je potrebna za dvig vsakega od teh na višjo raven energije, zagotavlja natančnejšo vrednost natančne frekvence sevanja, ki se nato uporabi za določitev časa.
Če primerjamo dve taki uri skupaj, so avtorji ugotovili nekaj izjemnega - vsak "klopa" meri časovne intervale tako dovršeno, da bo ena ura zaostajala za resničnim časom le za desetino sekunde, ko naše Sonce obda Zemljo, ko se razvije v rdečo velikan približno 5 milijard let.
Ta nova ura - in postopno izpopolnjevanje atomske ure kot celote - se morda zdi čisto akademsko zasledovanje, vendar v resnici obstaja vrsta zelo uporabnih tehnologij. V telefonu vzemite na primer aplikacijo »zemljevidi«. Brez zmožnosti tesne sinhronizacije ur na velikih razdaljah sistem GPS ne bi mogel delovati, saj se opira na natančno primerjavo časa, potrebnega za signale za potovanje iz več različnih satelitov na vašo napravo, ki podpira GPS.
Prihodnja prizadevanja, ki bi lahko uporabila to najnovejše napredovanje v tehnologiji atomske ure, bi lahko spadala v znanost geodezije, ki poskuša natančno izmeriti drobne spremembe v obliki Zemlje in njenem gravitacijskem polju skozi čas. Vse ure se na morju odlagajo z neskončno počasnejšimi hitrostmi kot pri višini milje, ker je sila gravitacije močnejša, ko je bližje Zemlji. Trenutno lahko z najnaprednejšimi atomskimi urami to razliko v hitrosti izmerimo le, ko se višina spremeni za več tisoč metrov, a z novo uro jih bo mogoče zaznati, ko uro dvignemo ali spustimo za kakšen centimeter, s čimer sistem postane potencialno uporabno za merjenje rahlih sprememb v ledeniškem ledu ali nadmorske višine, ki jih gorske verige sčasoma storijo ob trčenju tektonskih plošč.
