Στην αδιάκοπη επιδίωξη της ανθρωπότητας για τελειότητα, οι επιστήμονες έχουν αναπτύξει ένα ατομικό ρολόι που είναι πιο ακριβές από οποιοδήποτε ρολόι που δημιουργήθηκε προηγουμένως.
Το νέο ρολόι κατασκευάστηκε από ερευνητές του JILA, ιδρύματος του Εθνικού Ινστιτούτου Προτύπων και Τεχνολογίας (NIST) και του Πανεπιστημίου του Κολοράντο Boulder.
Επιτρέποντας την ακριβή πλοήγηση στην τεράστια έκταση του διαστήματος καθώς και την αναζήτηση νέων σωματιδίων, αυτό το ρολόι είναι το τελευταίο που υπερβαίνει την απλή χρονομέτρηση, αναφέρει το Phys.
Με την αυξημένη ακρίβειά τους, αυτοί οι χρονομέτρες επόμενης γενιάς θα μπορούσαν να αποκαλύψουν κρυμμένα υπόγεια κοιτάσματα ορυκτών και να δοκιμάσουν θεμελιώδεις θεωρίες όπως η γενική σχετικότητα με πρωτοφανή αυστηρότητα.
Για τους αρχιτέκτονες του ατομικού ρολογιού, δεν πρόκειται μόνο για την κατασκευή ενός καλύτερου ρολογιού. Πρόκειται για την αποκάλυψη των μυστικών του σύμπαντος και την προετοιμασία του δρόμου για τεχνολογίες που θα διαμορφώσουν τον κόσμο μας για τις επόμενες γενιές.
Η παγκόσμια επιστημονική κοινότητα εξετάζει τον επαναπροσδιορισμό της δεύτερης, της διεθνούς μονάδας χρόνου, με βάση αυτά τα οπτικά ατομικά ρολόγια επόμενης γενιάς.
Τα ατομικά ρολόγια υπάρχουσας γενιάς φωτίζουν τα μικροκύματα στα άτομα για να μετρήσουν το δεύτερο. Αυτό το νέο κύμα ρολογιών φωτίζει τα άτομα με ορατά κύματα φωτός, τα οποία έχουν πολύ υψηλότερη συχνότητα, για να μετρήσουν το δευτερόλεπτο με μεγαλύτερη ακρίβεια.
Σε σύγκριση με τα σημερινά ρολόγια μικροκυμάτων, τα οπτικά ρολόγια αναμένεται να προσφέρουν πολύ μεγαλύτερη ακρίβεια για τη διεθνή χρονομέτρηση, χάνοντας ενδεχομένως μόνο ένα δευτερόλεπτο κάθε 30 δισεκατομμύρια χρόνια.
Αλλά πριν αυτά τα ατομικά ρολόγια μπορέσουν να λειτουργήσουν με τόσο υψηλή ακρίβεια, πρέπει να έχουν πολύ υψηλή ακρίβεια. Με άλλα λόγια, πρέπει να είναι σε θέση να μετρήσουν εξαιρετικά μικροσκοπικά κλάσματα του δευτερολέπτου. Η επίτευξη τόσο υψηλής ακρίβειας θα μπορούσε να έχει τεράστιες επιπτώσεις.
Παγιδευμένοι στο χρόνο
Το νέο ρολόι JILA χρησιμοποιεί ένα δίκτυο φωτός γνωστό ως «οπτικό πλέγμα» για να παγιδεύσει και να μετρήσει δεκάδες χιλιάδες μεμονωμένα άτομα ταυτόχρονα. Έχοντας ένα τόσο μεγάλο σύνολο παρέχει ένα τεράστιο πλεονέκτημα στην ακρίβεια. Όσο περισσότερα άτομα μετρώνται, τόσο περισσότερα δεδομένα έχει το ρολόι για να δώσει μια ακριβή μέτρηση του δευτερολέπτου.
Για να επιτύχουν νέες επιδόσεις ρεκόρ, οι ερευνητές του JILA χρησιμοποίησαν έναν ρηχότερο, πιο ήπιο «ιστό» φωτός λέιζερ για να παγιδεύσουν τα άτομα, σε σύγκριση με προηγούμενα ρολόγια οπτικού πλέγματος. Αυτό μείωσε σημαντικά δύο κύριες πηγές σφάλματος - επιδράσεις από το φως λέιζερ που παγιδεύει τα άτομα και άτομα που προσκρούουν το ένα στο άλλο όταν είναι συσκευασμένα πολύ σφιχτά.
Οι ερευνητές περιγράφουν τις προόδους τους σε μια μελέτη που πρόκειται να δημοσιευθεί στο Physical Review Letters. Το έργο είναι προς το παρόν διαθέσιμο στο arXiv.
Χρονισμός της σχετικότητας στις μικρότερες κλίμακες
«Αυτό το ρολόι είναι τόσο ακριβές που μπορεί να ανιχνεύσει μικροσκοπικά φαινόμενα που προβλέπονται από θεωρίες όπως η γενική σχετικότητα, ακόμη και σε μικροσκοπική κλίμακα», δήλωσε ο φυσικός του NIST και του JILA Jun Ye.
Η γενική σχετικότητα είναι η θεωρία του Αϊνστάιν που περιγράφει πώς προκαλείται η βαρύτητα από τη στρέβλωση του χώρου και του χρόνου. Μία από τις βασικές προβλέψεις της γενικής σχετικότητας είναι ότι ο ίδιος ο χρόνος επηρεάζεται από τη βαρύτητα - όσο ισχυρότερο είναι το βαρυτικό πεδίο, τόσο πιο αργά περνάει ο χρόνος.
Αυτός ο νέος σχεδιασμός ρολογιού μπορεί να επιτρέψει την ανίχνευση σχετικιστικών επιδράσεων στη χρονομέτρηση σε κλίμακα υποχιλιοστού, περίπου στο πάχος μιας ανθρώπινης τρίχας.
Η ανύψωση ή η μείωση του ρολογιού κατά αυτή τη μικροσκοπική απόσταση είναι αρκετή για τους ερευνητές να διακρίνουν μια μικρή αλλαγή στη ροή του χρόνου που προκαλείται από τις επιπτώσεις της βαρύτητας.
Αυτή η ικανότητα παρατήρησης των επιπτώσεων της γενικής σχετικότητας σε μικροσκοπική κλίμακα μπορεί να γεφυρώσει σημαντικά το χάσμα μεταξύ της μικροσκοπικής κβαντικής σφαίρας και των φαινομένων μεγάλης κλίμακας που περιγράφονται από τη γενική σχετικότητα.