Най-точният часовник в света

Прецизното времеизмерване премина от просто атомните към революционните оптични атомни часовници. През последните няколко години тези уреди стигат все по-далеч в прецизното измерване на времето – и нивото им вече е далеч над възможностите на обикновените атомни часовници.

Атомните използват цезиеви атоми, охладени до температура, близка до абсолютната 0. Чрез измерване на резонансната честота на тези атоми часовникът може да поддържа конкретен ритъм, чрез който да измерва изминалото време, и най-съвършените атомни часовници не губят повече от 1 секунда на 300 милиона години. Учените обаче осъзнават, че е възможно да се постигне нещо още по-точно – с помощта на „мрежа от светлина“ (или технически оптична решетка), с която е възможно да се уловят и измерят десетки хиляди атоми.

В този случай решетката задържа 40 000 стронциеви атома само на част от градуса над абсолютната 0. Тиктакането на този часовник е преход между специфични енергийни нива за електроните във всеки атом. По този начин изследователите успяват да измерят времето с неточност от 8.1 x 10^(-19).

Вие сега сигурно се чудите кому са нужни такива точности! Нима атомните часовници не са достатъчно точни за човечеството?

Отговорът е и „да“, и „не“. Удивителната точност на атомните часовници е помогнала в много различни аспекти на нашия живот. Един от тях, който се използва често, е GPS. Но ако на тяхно място застанат оптични часовници, точността ще се повиши поне 1000 пъти. Но това настрана – тази технология всъщност ще открие и нови начини за проверка на фундаменталната физика.

„Ще има много интересни открития, които ни очакват, ако стигнем до времената, които са чувствителни към много малка кривина на пространство-времето“, заяви старшият автор професор Джун Йе, когато беше обявено, че е спечелил наградата за пробив в областта на фундаменталната физика през 2022 г.

Една от възможностите е тези часовници да се използват за изучаване на общата теория на относителността. Атомните часовници, особено на GPS спътниците, вече тестват ситуацията – но повишаването на точността ни позволява да проверим дали нашите предположения са правилни на по-строго ниво и може би да видим неща, които не сме виждали преди.

„Изследваме границите на науката за измерванията“, казва Йе в изявление. „Когато можете да измервате нещата с такова ниво на точност, започвате да виждате явления, за които досега сме могли само да теоретизираме.“

„Този часовник е толкова прецизен, че може да открива малки ефекти, предсказани от теории като общата теория на относителността, дори в микроскопичен мащаб. Така разширяваме границите на възможното при измерването на времето.“

Прецизността може и да не се усеща като революционна в Google Maps на телефона ви, но докато човечеството продължава да изследва Слънчевата система, тя ще има голямо значение, защото може да отвори вратата за пробив в квантовите изчисления.

„Ако искаме да приземим космически кораб на Марс с точност до най-малката точка, ще ни трябват часовници, които са много пъти по-точни от тези, с които разполагаме днес в GPS“, добавя Йе. „Този нов часовник е важна стъпка към осъществяването на тази цел.“