Juan-Ju Jau je u potrazi da napravi najmanji atomski sat na svetu, uređaj koji meri vreme sa izuzetnom preciznošću. Ako uspe, on i njegov tim u Sandiji će napraviti jednu manju od kocke šećera.
Ali on nije jedini koji pomera granice malih časovnika.
Prošle godine, Agencija za napredne istraživačke projekte u oblasti odbrane izazvala je istraživačke timove da naprave manje, tačnije satove. Juan-Ju predvodi tim Sandije koji se bavi ovim naporom.
„Oni žele 1 kubni centimetar za sve, a trenutno ne postoji atomski sat ove veličine“, rekao je Juan-Ju, čiji je osnovni dizajn još manji — oko 1 centimetar dugačak i samo 2 milimetra širok i visok, za soma ukupno 0,04 kubnih centimetara. DARPA je zahtevala da uređaji budu tačni u roku od milionitog dela sekunde nakon jedne nedelje.
Sandia ima iskustvo u izradi kompaktnih satova. Početkom 2000-ih, Laboratorije su pomogle u razvoju atomskog sata sa čipom, koji je malo veći od šibice, ili oko 17 kubnih centimetara. U to vreme, CSAC je bio najmanji atomski sat na svetu, i još uvek je najmanji koji možete kupiti.
Atomski sat je izmišljen 1948. godine u tadašnjem američkom Nacionalnom birou za standarde, sada Nacionalnom institutu za standarde i tehnologiju. Umesto da meri vreme astronomskim događajima kao što je rotacija Zemlje, ili mehaničkim sredstvima kao što su zupčanici, opruge ili klatna, vreme je merilo elektromagnetnim signalima koje emituju elektroni oko atoma, čineći ga neverovatno preciznim.
Atomski satovi su utrli put GPS-u, koji se oslanja na super-precizne, sinhronizovane satove.
Ironično, DARPA sada istražuje male, tačne satove kako bi pomogli vozilima da se kreću kada GPS nije dostupan. Ovo funkcioniše kao način na koji možete izračunati razdaljinu vožnje automobilom na dugom delu autoputa. Ako vozite konstantno 60 milja na sat, znate da ste posle jednog sata prešli 60 milja. Pouzdan sat je pola jednačine.
Za odbrambene aplikacije, navigacija mora biti izuzetno precizna. DARPA traži satove koji su tačni do milionitih delova sekunde do nedelju dana. Dok su najbolji svetski satovi velike mašine koje mogu da održe ovu tačnost desetinama hiljada godina, džepne verzije su manje tačne. Ciljevi Sandije i DARPA-e su da budu 30 puta tačniji od trenutnih najsavremenijih satova malih razmera.
Agencija takođe zahteva poboljšanja u potrošnji energije i osetljivosti na temperaturu i vibracije.
„Ovo je mnogo izazovnije od onoga što su ljudi radili do sada“, rekao je Juan-Ju.
Smanjenje veličine, težine i snage čini napredne navigacione sisteme lakšim za upotrebu u različitim vrstama vozila — od pomorskih plovila do dronova i satelita.
Juan-Ju je uveren da on i njegov tim mogu da naprave uređaj. Na neki način već jeste.
Pre šesnaest godina, tada instruktor fizike na Univerzitetu Prinston, napravio je svoj prvi prototip onoga što je nazvao laserskim atomskim oscilatorom. Bio je otprilike veličine kutije sa alatima, ali je obavljao istu osnovnu radnju kao atomski sat. Proizveo je stabilan puls sličan satu koji je proizašao iz sjaja lasera kroz oblak atoma kalijuma.
Važno je da je bio samostalan. Oscilator nije zahtevao spoljnu elektronsku opremu da kontroliše periodični puls mašine.
Hardver za podršku je uobičajen u mnogim vrstama atomskih satova i obično zauzima većinu prostora. Ako uklonite elektroniku za podršku iz CSAC-a veličine šibice, otkrićete da se fizičko otkucavanje odvija u paketu samo veličine zrna pirinča.
Juan-Ju je rekao da je njegov prototip bio samo onoliko velik koliko je bio zato što je veliku mašinu bilo lakše napraviti nego malu, „Znate, sa mojim prstima kobasice“.
Sada ima alate da ga smanji.
Juan-Ju planira da zameni atome kalijuma za cezijum i smanji svoj originalni dizajn koristeći mašine i alate u Sandia-inom kompleksu za inženjerstvo, nauku i aplikacije za mikrosisteme, hibridnom postrojenju za istraživanje, razvoj i proizvodnju mikroelektronike.
Pošto njegovom dizajnu nije potreban periferni hardver, on misli da može dramatično smanjiti veličinu, težinu i zahtjeve za snagom atomskih satova.
„Koristićemo samo obim paketa fizike koji postoji u postojećem CSAC satu, ali ćemo se rešiti te komplikovane elektronike oko njega“, rekao je Juan-Ju.
