Kas olete väsinud, et teie käekellad aastatega aega kaotavad? Uus aatomkell, mis on kõigi aegade täpsem, kasutab sekundi täpsustamiseks yterbiumi aatomeid ja lasereid. Pilt Flickri kasutaja Earls37a kaudu
Kui randmel olev kell jookseks aasta jooksul viis minutit aeglaselt, siis ei arvaks te arvatavasti sellest midagi. Kuid teadlased ja insenerid tuginevad mitmesuguste rakenduste jaoks ülitäpsetele aatomkelladele ning üha täpsemate kellade otsimine on kestnud aastatuhandeid.
Nüüd on teadlaste rühm, keda juhendab Riiklik Standardite ja Tehnoloogia Instituut Andrew Ludlow, seadnud lati kõrgemale kui kunagi varem. Nende uusim eile avalikustatud aatomkell muutub ebatäpseks 1, 6 sekundi jooksul pärast kokku kestmist kokku 10 18 sekundit - ehk teisisõnu kaotab see umbes 50, 8 miljardi aasta jooksul ühe täisekundi. .
Kella kirjeldavas artiklis pakkusid teadlased selle täpsusastme jaoks paari analooge: "on samaväärne teadaoleva universumi vanuse määramisega täpsusega alla ühe sekundi, " kirjutasid nad, "või Maa läbimõõduga väiksemaks kui aatomi laius. ”
Nagu kõik kellad, hoiavad aatomkellad ühtlast aega, tuginedes regulaarselt toimuva füüsilise sündmuse sekundi kestusele. Kui mehaanilised kellad kasutavad aja säilitamiseks pendli pöörlemist, siis aatomkellad kasutavad mehhanismi, mis ilmneb veelgi regulaarsemalt: valguse erisagedus, mis on vajalik aatomi kõikumiseks kahe energiaseisundi vahel (täpsemalt, et minna maas olekust) ergastatud olekusse), mis on alati ühtlane väärtus. Näiteks praegune rahvusvaheline standard, mis määratleb sekundi kestuse, on 9 192 631 770 tsüklit mikrolainekiirguse hulgast, mis põhjustab tseesiumi aatomite kõikumist kahe energiaseisundi vahel ja eraldab protsessis võimalikult palju valgust.
Kuid mõned tegurid võivad moonutada isegi selle sageduse kõige hoolikamaid mõõtmisi. Selle uue kella taga olevad teadlased on loonud uuendusliku kujunduse (kasutades erinevat elementi), mis minimeerib need moonutused rohkem kui ükski teine kellaaeg varem.
Nende disain, mida nimetatakse “optiliseks võrekellaks”, püüab ytterbiumi aatomeid laserkiirte võrekasti sisse. Paigaldatud aatomid pommitatakse teist tüüpi laseriga, mis sunnib nende elektrone energiatasandil üles tõusma. Andur kontrollib, kas kõik aatomid jõuavad kõrgemale energiatasandile, ja täpne valguse sagedus, mis on vajalik nende sundimiseks, teisendatakse seejärel sekundi täpseks pikkuseks.
Tavaliselt võib aatomite mis tahes kerge füüsiline liikumine nende pommitamisel põhjustada väikesi muutusi valguse sageduses, mis on vajalik nende energia taseme tõstmiseks (Doppleri nihke tulemus), visates ära kella täpsuse. Kuid nagu on kirjeldatud MIT tehnoloogiaülevaates, kus esmakordselt ilmusid kellauudised, hoiab laserkiirte aatom aatomeid sarnases haardes, mis minimeerib Doppleri efekte. ”Lisaks sellele püüab võre lõksu suhteliselt palju aatomite (vahemikus 1000 kuni 1 000 000) enamiku aatomkelladega, nii et nende keskmisest kõrgemale energiatasandile tõstmiseks vajaliku kiirguse hulga keskmiseks arvutamisel saadakse radiatsiooni täpse sageduse täpsem väärtus, mida seejärel kasutatakse aja seadmiseks.
Võrreldes kahte sellist kella koos, leidsid autorid midagi märkimisväärset - iga „linnuke“ mõõdab ajalisi intervalle nii suurepäraselt, et üks kell jääb tegelikust ajast sekundi kümnendiku võrra maha, kui meie Päike ümbritseb Maa punaseks muutudes hiiglane umbes 5 miljardit aastat nüüd.
See uus kell - ja aatomkellade järkjärguline viimistlemine tervikuna - võib tunduda puhtalt akadeemilise ettevõtmisena, kuid tegelikkuses on selles tehnoloogia väga palju kasulikke rakendusi. Võtke näiteks oma telefoni rakendus „kaardid”. Ilma võimeta kellade tihedas sünkroonimises suurte vahemaade tagant ei saaks GPS-süsteem töötada, kuna see sõltub erinevate GPS-i võimaldavatesse seadmetest erinevatelt satelliitidelt signaalide kulumise aja täpsest võrdlusest.
Tuleviku püüdlused, mis saaksid kasutada seda uusimat edusammu aatomkella tehnoloogias, võiksid kuuluda geodeesia valdkonda, mille eesmärk on mõõta Maa kuju ja selle gravitatsioonivälja pisikesi muutusi aja jooksul. Kõik kellad tiksuvad merepinnal lõpmatuseni aeglasemalt kui miili kõrguses, sest Maale lähemal on gravitatsioonijõud tugevam. Praegu saab kõige keerukamate aatomkelladega seda kiiruse erinevust mõõta ainult siis, kui kõrgus muutub tuhandete jalgade võrra, kuid uue kellaga on need tuvastatavad, kui kella tõstetakse või langetatakse vaid sentimeetri võrra, muutes süsteemi potentsiaalselt kasulik liustiku jää paksuse või mäestikualade kõrguse muutuste mõõtmiseks aja jooksul, kui tektoonilised plaadid kokku põrkuvad.
