U stalnoj težnji čovečanstva za savršenstvom, naučnici su razvili atomski sat koji je precizniji i tačniji od bilo kog prethodno napravljenog sata. Novi sat izgradili su istraživači u JILA-i, zajedničkoj instituciji Nacionalnog instituta za standarde i tehnologiju (NIST) i Univerziteta Kolorado Boulder.
Omogućavajući preciznu navigaciju u ogromnom prostranstvu svemira, kao i traženje novih čestica, ovaj sat je najnoviji koji prevazilazi puko merenje vremena. Sa svojom povećanom preciznošću, ovi merioci vremena nove generacije mogli bi da otkriju skrivena podzemna ležišta minerala i testiraju fundamentalne teorije kao što je opšta teorija relativnosti sa neviđenom strogošću.
Za arhitekte atomskog sata, ne radi se samo o izgradnji boljeg sata; radi se o otkrivanju tajni univerzuma i otvaranju puta za tehnologije koje će oblikovati naš svet za generacije koje dolaze.
Svetska naučna zajednica razmatra redefinisanje druge, međunarodne jedinice vremena, na osnovu ovih optičkih atomskih satova sledeće generacije. Atomski satovi postojeće generacije sijaju mikrotalasima na atome da bi izmerili sekundu. Ovaj novi talas satova osvetljava atome vidljivim svetlosnim talasima, koji imaju mnogo veću frekvenciju, da bi se sekunda odbrojala mnogo preciznije.
U poređenju sa trenutnim mikrotalasnim satovima, očekuje se da će optički satovi pružiti mnogo veću preciznost za međunarodno merenje vremena – potencijalno gubeći samo jednu sekundu svakih 30 milijardi godina.
Ali pre nego što ovi atomski satovi mogu da rade sa tako visokom preciznošću, moraju da imaju veoma visoku preciznost; drugim rečima, moraju biti u stanju da mere izuzetno male delove sekunde. Postizanje i visoke preciznosti i visoke tačnosti može imati ogromne implikacije.
Novi JILA sat koristi mrežu svetlosti poznatu kao „optička rešetka“ za hvatanje i merenje desetina hiljada pojedinačnih atoma istovremeno. Imati tako veliki ansambl pruža ogromnu prednost u preciznosti. Što se više atoma izmeri, sat ima više podataka za precizno merenje sekunde.
Da bi postigli nove rekordne performanse, istraživači JILA-e su koristili pliću, nežniju „mrežu“ laserske svetlosti da bi uhvatili atome, u poređenju sa prethodnim satovima sa optičkom rešetkom. Ovo je značajno smanjilo dva glavna izvora grešaka – efekte laserske svetlosti koja zarobljava atome, i atoma koji se sudaraju jedni sa drugima kada su previše zbijeni.
Istraživači opisuju svoj napredak u radu koji je prihvaćen za objavljivanje u Phisical Reviev Letters. Rad je trenutno dostupan na arKsiv serveru za preprint.
„Ovaj sat je toliko precizan da može da otkrije sitne efekte predviđene teorijama kao što je opšta relativnost, čak i na mikroskopskoj skali“, rekao je fizičar iz NIST-a i JILA Jun Je. „To je pomeranje granica onoga što je moguće sa merenjem vremena.“
Opšta teorija relativnosti je Ajnštajnova teorija koja opisuje kako je gravitacija uzrokovana savijanjem prostora i vremena. Jedno od ključnih predviđanja opšte teorije relativnosti je da je na samo vreme pod uticajem gravitacije — što je gravitaciono polje jače, vreme sporije prolazi.
Ovaj novi dizajn sata može omogućiti detekciju relativističkih efekata na merenje vremena na submilimetarskoj skali, otprilike debljine jedne ljudske kose. Podizanje ili spuštanje sata za tu minuskulu razdaljinu je dovoljno da istraživači uoče sićušnu promenu u toku vremena uzrokovanu efektima gravitacije.
Ova sposobnost da se posmatraju efekti opšte relativnosti na mikroskopskoj skali može značajno premostiti jaz između mikroskopskog kvantnog carstva i fenomena velikih razmera opisanih opštom relativnošću.
Precizniji atomski satovi takođe omogućavaju precizniju navigaciju i istraživanje svemira. Kako se ljudi upuštaju sve dalje u Sunčev sistem, satovi će morati da održavaju precizno vreme na ogromnim udaljenostima. Čak i male greške u merenju vremena mogu dovesti do grešaka u navigaciji koje rastu eksponencijalno što dalje putujete.
„Ako želimo da spustimo svemirski brod na Mars sa izuzetnom preciznošću, biće nam potrebni satovi koji su za redove veličine precizniji od onih koje imamo danas u GPS-u“, rekao je Ie. „Ovaj novi sat je veliki korak ka tome da to bude moguće.“
Iste metode koje se koriste za hvatanje i kontrolu atoma takođe mogu proizvesti napredak u kvantnom računarstvu. Kvantni računari moraju biti u stanju da precizno manipulišu unutrašnjim svojstvima pojedinačnih atoma ili molekula da bi izvršili proračune. Napredak u kontroli i merenju mikroskopskih kvantnih sistema značajno je unapredio ovaj poduhvat.
Upuštajući se u mikroskopsko carstvo gde se ukrštaju teorije kvantne mehanike i opšte relativnosti, istraživači otvaraju vrata ka novim nivoima razumevanja fundamentalne prirode same stvarnosti. Od beskonačno malih razmera gde tok vremena postaje izobličen gravitacijom, do ogromnih kosmičkih granica gde vladaju tamna materija i tamna energija, izuzetna preciznost ovog sata obećava da će osvetliti neke od najdubljih misterija univerzuma.
„Istražujemo granice nauke o merenju“, rekao je Ie. „Kada možete da merite stvari sa ovim nivoom preciznosti, počinjete da vidite fenomene o kojima smo do sada mogli samo da teoretiziramo.“
