Tak precyzyjny zegar atomowy to rzadkość. Naukowcy mają pomysł na jego wykorzystanie

Naukowcy z University of Wisconsin-Madison stworzyli jeden z najbardziej precyzyjnych zegarów atomowych w historii. Jest on w stanie mierzyć różnice w czasie z dokładnością odpowiadającą utracie jednej sekundy co 300 miliardów lat.
Tak precyzyjny zegar atomowy to rzadkość. Naukowcy mają pomysł na jego wykorzystanie

Artykuł na ten temat został niedawno opublikowany na łamach Nature i opisuje przypadek pierwszego w historii tzw. multipleksowego zegara optycznego. W jego skład wchodzi sześć osobnych zegarów, które ze sobą współpracują. Główną rolę odgrywają natomiast atomy strontu, które są rozdzielane do zegarów ułożonych w szeregu i znajdujących się w komorze próżniowej. Już

Czytaj też: DARPA chce rozpowszechnić mobilne optyczne zegary atomowe w ramach ROCkN

Wróćmy jednak do sedna sprawy. Zegar atomowy wykorzystuje częstotliwości rezonansowe atomów w formie rezonatora. Ten jest natomiast regulowany przez częstotliwość mikrofalowego promieniowania elektromagnetycznego emitowanego lub absorbowanego przez przejście kwantowe atomu lub cząsteczki. Kiedy energia elektronu zmienia się, absorbuje on lub emituje światło o częstotliwości, która jest identyczna dla wszystkich atomów danego pierwiastka. O ile rezonans atomów jest związany ze stałymi częstotliwościami, tak częstotliwość oscylacji kryształu kwarcu w zegarze kwarcowym może się różnić. To właśnie stabilność oscylacji, na przykład w atomie cezu, jest kluczem do wysokiej precyzji zegarów atomowych.

Nowy zegar atomowy może pomóc w badaniach nad ciemną materią czy falami grawitacyjnymi

Optyczne zegary atomowe odmierzają czas z wykorzystaniem laserów. Te również muszą być zaawansowane i precyzyjnie dostrojone, jeśli celem jest naprawdę dokładne odmierzanie czasu. Jak przyznają członkowie zespołu badawczego z University of Wisconsin-Madison, laser, którym dysponują, nie należy do najlepszych. Z tego względu musieli znaleźć sposób na ominięcie problemu. Zamiast oświetlić jeden zegar znajdujący się w komorze próżniowej, postanowili skierować wiązkę lasera na dwa. O ile w pierwszym przypadku laser ograniczał wydajność zegarów, tak w drugim wykazywał ich zaawansowane możliwości.

Czytaj też: Stworzono najdokładniejszy zegar atomowy. Nie spóźni się nawet przez 30 mld lat

Po ponad tysiącu pomiarów i licznych modyfikacjach, naukowcom udało się wykryć rekordowo małe różnice w szybkości odmierzania czasu między dwoma zegarami. Okazało się, że na przestrzeni 300 miliardów lat wyniosłaby ona zaledwie jedną sekundę. Taki wynik stanowi rekord świata w odniesieniu do dwóch przestrzennie oddzielonych zegarów. Separacja wyniosła zaledwie jeden milimetr, co jest najmniejszą odległością, na której przy pomocy zegarów testowano ogólną teorię względności Einsteina. W przyszłości taki optyczny zegar atomowy mógłby pomóc w badaniach poświęconych ciemnej materii czy falom grawitacyjnym.