Сега разполагаме с толкова точни атомни часовници, че могат да открият изкривяване на пространство-времето

(Н. Филипс/NIST)

Атомните часовници, базирани на минутните трептения на атомите, са най-прецизните устройства за отчитане на времето, създавани от хората.

Всяка година учените правят корекции, които подобряват прецизността на тези устройства. Сега те постигнаха нови рекорди на производителност, правейки два атомни часовника толкова точни, че можеха да ги открият гравитационни вълни , тези слаби вълнички в тъканта на пространство-времето.

Страшно умните физици от Националния институт за стандарти и технологии на САЩ (NIST) постигнаха тези рекорди в три от най-важните мерки, използвани за оценка на работата на атомния часовник: систематична несигурност, стабилност и възпроизводимост.

„[Това] може да се счита за „кралски флъш“ на производителност за тези часовници,“ обясни физикът от NIST Андрю Лъдлоу .

И двата нови рекордни часовника са базирани на итербий атоми. Във всеки часовник оптична решетка, съставена от лазери, държи хиляда от тези атоми неподвижни. Тези лазери възбуждат електроните на атомите, които след това осцилират, превключвайки с невероятна редовност между две енергийни състояния.

Подобно на тиктакането на аналогов часовник, това енергийно превключване може да се използва за поддържане на времето - но с много по-голяма точност от всеки аналогов или дори цифров часовник. Най-новият рекордьор,издаден миналата година, беше толкова точен, че можеше да запази времето, без да губи или печели секунда в продължение на 15 милиарда години.

И надефинирана е стандартна секундаот трептенията на цезиев атом. Така че, знаете ли, доста невероятно точни неща.

И така, какво означават тези нови записи?

Систематичната несигурност се отнася до това дали часовникът спазва точно времето с трептенията на атомите. Двата часовника бяха в синхрон с честотата на итербия с процент грешки от 1,4 части на 1018.

Стабилността се отнася до промяната в честотата на часовника за определен период от време. Промяната на итербиевите часовници беше само 3,2 части на 1019(или 0,0000000000000000032).

И накрая, възпроизводимостта се отнася до това колко близо тиктакат часовниците при една и съща честота. Разликата им беше под ниво 10-18, или една милиардна част от един милиард. И това е изстрелът на парите.

„Съгласието на двата часовника на това безпрецедентно ниво, което наричаме възпроизводимост, е може би най-важният резултат, тъй като по същество изисква и обосновава другите два резултата“, - каза Лъдлоу .

„Това е особено вярно, защото демонстрираната възпроизводимост показва, че общата грешка на часовниците пада под общата ни способност да отчетем ефекта на гравитацията върху времето тук, на Земята.

„Следователно, тъй като си представяме, че часовници като тези се използват в цялата страна или по света, тяхната относителна производителност ще бъде за първи път ограничена от гравитационните ефекти на Земята.“

Тази умопомрачителна прецизност със сигурност ще бъде от полза за много от инструментите и експериментите, при които се използват атомни часовници.

Един пример сасистеми за глобално позициониране, които получават сигнали от сателити, оборудвани с атомни часовници, след което измерват забавянето във времето на сигнала от всеки сателит и ги преобразуват в пространствени координати.

Използвани са и атомни часовници откриват и измерват забавяне на времето, ефектът на скоростта или гравитацията върху времето. Относителната скорост забавя времето. По-голямата гравитация също забавя времето; например на по-високи височини по земно време всъщност се движи малко по-бързо .

Поради тази разлика, атомните часовници могат да бъдат поставени на различни височини, за да измерват самата гравитация. Това означава, че тези нови часовници могат - теоретично - да се използват за измерване на формата на гравитационното поле на Земята, поле, известно като релативистка геодезия , с точност до сантиметър.

Но толкова прецизни и толкова чувствителни към гравитацията атомни часовници биха могли потенциално да открият и невероятно слабите сигнали от гравитационните вълни.

И има невероятно примамлива перспектива за тъмна материя , което никога не сме откривали директно. Теоретично кога атомните часовници взаимодействат с тъмната материя , те могат да ускоряват или забавят - но с абсолютно миниатюрни части от секундата. Синхронизирани атомни часовници може да направи тези несъответствия откриваеми по начин, който другите часовници не могат.

Тези приложения все още не са приложени с тези нови рекордьори - с необходимото количество лазерна мощност, те са някак лабораторни в момента. Но това със сигурност е вълнуващ скок напред.

Изследването на екипа е публикувано в списанието Природата .

За Нас

Публикуването На Независими, Доказани Факти От Доклади За Здравето, Пространството, Природата, Технологиите И Околната Среда.