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.

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.