Επιστήμονες δημιούργησαν το ακριβέστερο ατομικό ρολόι που έχει κατασκευαστεί μέχρι σήμερα, μια συσκευή τόσο προηγμένη που θα μπορούσε να οδηγήσει σε νέο ορισμό του δευτερολέπτου. Ερευνητική ομάδα από το Κέντρο Κβαντικών Τεχνολογιών της Σιγκαπούρης (CQT) ανέπτυξε ένα ρολόι ικανό να καταγράφει την εξέλιξη του χρόνου με εκπληκτική ακρίβεια, ακόμη και σε κλίμακες τρισεκατομμυριοστών του δευτερολέπτου.
Οι επιστήμονες εκτιμούν ότι το νέο ρολόι, το οποίο βασίζεται στο στοιχείο λουτήτιο, ξεπερνά σε ακρίβεια προηγούμενες κορυφαίες κατασκευές που χρησιμοποιούσαν διαφορετικά στοιχεία. Σύμφωνα με τους ερευνητές, η συσκευή μπορεί να μετρά τον χρόνο με ακρίβεια έως και 19 δεκαδικών ψηφίων, επίδοση που αποτελεί ρεκόρ για οπτικό ατομικό ρολόι.
Η σταθερότητά του είναι τέτοια ώστε θα απαιτούνταν περισσότερα από 260 δισεκατομμύρια χρόνια για να παρουσιάσει απόκλιση ενός δευτερολέπτου. «Είμαι πεπεισμένος ότι αυτό που κατασκευάσαμε είναι το πιο ακριβές ρολόι στον κόσμο», δήλωσε ο επικεφαλής της ομάδας Μάρει Μπάρετ.
Η τεχνολογία πίσω από το ατομικό ρολόι
Τα ατομικά ρολόγια λειτουργούν παρακολουθώντας τις ατομικές μεταπτώσεις, δηλαδή τις αλλαγές ενεργειακής κατάστασης των ηλεκτρονίων ενός ατόμου. Η συχνότητα αυτής της διαδικασίας αποτελεί σταθερό χαρακτηριστικό του κάθε στοιχείου. Ένα λέιζερ ρυθμίζεται ώστε να αντιστοιχεί σε αυτή τη συχνότητα και οι ταλαντώσεις του φωτός χρησιμοποιούνται ως ένα εξαιρετικά ακριβές «εκκρεμές» για τη μέτρηση του χρόνου.
Η συγκεκριμένη μέθοδος εφαρμόζεται εδώ και πολλές δεκαετίες. Τα άτομα καισίου αποτελούν από τη δεκαετία του 1960 τη βάση του διεθνούς προτύπου μέτρησης χρόνου, ενώ τα ρολόγια καισίου χρησιμοποιούνται ήδη για τη λειτουργία συστημάτων όπως το GPS και για τον συγχρονισμό τηλεπικοινωνιακών και μεταφορικών δικτύων.
Ωστόσο, στοιχεία όπως το υττέρβιο, το στρόντιο και το αλουμίνιο παρουσιάζουν ταχύτερες ταλαντώσεις από το καίσιο, γεγονός που τους επιτρέπει να προσφέρουν υψηλότερη ακρίβεια. Η ομάδα του CQT ξεκίνησε πριν από περισσότερο από δέκα χρόνια την έρευνα πάνω στο λουτήτιο, θεωρώντας ότι το συγκεκριμένο στοιχείο μπορεί να διαθέτει τις ιδιότητες που απαιτούνται για ένα κορυφαίας ακρίβειας ατομικό ρολόι.
Οι ερευνητές υποστηρίζουν ότι είναι η μοναδική ομάδα παγκοσμίως που χρησιμοποιεί το λουτήτιο για αυτή την εφαρμογή. Μετά τη μέτρηση της συχνότητας του ρολογιού, κατέγραψαν αβεβαιότητα μόλις 1 × 10⁻¹⁹, σύμφωνα με τη μελέτη που δημοσιεύθηκε στην επιστημονική επιθεώρηση «Nature».
Η υψηλή απόδοση του λουτητίου οφείλεται στα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά του ατόμου του, καθώς η μετάπτωση που χρησιμοποιείται για τη μέτρηση επηρεάζεται ελάχιστα από αλλαγές στη θερμοκρασία ή στο μαγνητικό πεδίο, παράγοντες που μπορούν να προκαλέσουν σφάλματα σε άλλα συστήματα.
Ο Μπάρετ σημείωσε ότι το ρολόι θα μπορούσε να διατηρήσει την ακρίβειά του ακόμη και σε ακραίες περιβαλλοντικές συνθήκες, από τις υψηλότερες θερμοκρασίες στη Γη, όπως η Κοιλάδα του Θανάτου στην Καλιφόρνια, έως τις χαμηλότερες θερμοκρασίες της Ανταρκτικής.
Η ερευνητική ομάδα αφιέρωσε περισσότερα από δέκα χρόνια στην ανάπτυξη της εγκατάστασης, στη μηχανική ακριβείας και στη μελέτη των ιδιοτήτων του λουτητίου. Για να επιβεβαιώσουν τις επιδόσεις του ρολογιού, οι επιστήμονες δεν βασίστηκαν μόνο σε θεωρητικούς υπολογισμούς, αλλά συνέκριναν δύο ανεξάρτητες συσκευές λουτητίου.
Τα δύο ρολόγια παρέμειναν απόλυτα συγχρονισμένα έως το 19ο δεκαδικό ψηφίο, αποτέλεσμα που η ομάδα χαρακτηρίζει ως την πιο ακριβή σύγκριση ατομικών ρολογιών που έχει πραγματοποιηθεί μέχρι σήμερα.
Πώς λειτουργεί το νέο ρολόι λουτητίου
Το σύστημα χρησιμοποιεί ένα παγιδευμένο ιόν λουτητίου και εξαιρετικά ακριβή λέιζερ για να καταγράφει τον χρόνο με πρωτοφανή λεπτομέρεια. Οι επιστήμονες θα ήθελαν στο μέλλον να συγκρίνουν το νέο ρολόι με άλλα κορυφαία ατομικά ρολόγια του κόσμου.
Ωστόσο, η ακρίβεια αυτών των συσκευών είναι πλέον τόσο μεγάλη, ώστε μπορούν να εντοπίσουν ακόμη και ανεπαίσθητες μεταβολές στον χρόνο που προκαλούνται από τη βαρύτητα λόγω διαφορών ύψους λίγων χιλιοστών. Οι υφιστάμενες μετρήσεις της βαρυτικής επίδρασης σε διαφορετικά σημεία της Γης δεν είναι ακόμη αρκετά ακριβείς για τέτοιου επιπέδου συγκρίσεις.
Για τον λόγο αυτό, επόμενο βήμα της ομάδας είναι η μετατροπή του εργαστηριακού μοντέλου σε μια μικρότερη και φορητή συσκευή. «Στόχος μας είναι να μεταφέρουμε το ρολόι από το εργαστήριο σε ένα σύστημα που θα μπορεί να μετακινείται», δήλωσε ο Μάικλ Λι, ένας από τους επικεφαλής της έρευνας.
Οι επιστήμονες θεωρούν ότι είναι δυνατό να μειωθεί το μέγεθος της συσκευής χωρίς σημαντική απώλεια στην ακρίβειά της. Πέρα από τη μέτρηση του χρόνου, τέτοιου τύπου ρολόγια μπορούν να συμβάλουν στη μελέτη θεμελιωδών ερωτημάτων της φυσικής, στην ανίχνευση ανεπαίσθητων αλλαγών στη βαρύτητα και σε πιθανή αλλαγή του τρόπου με τον οποίο ορίζεται το δευτερόλεπτο.
Ο διεθνής οργανισμός που είναι αρμόδιος για τα πρότυπα χρόνου εξετάζει ήδη τα δεδομένα από νέα οπτικά ατομικά ρολόγια, με στόχο έναν πιθανό επαναπροσδιορισμό του δευτερολέπτου μετά το 2030.
Παρότι ένα νέο ρολόι στροντίου που παρουσιάστηκε πρόσφατα είχε επίσης δυνατότητα μέτρησης έως 19 δεκαδικά ψηφία, το ρολόι λουτητίου ξεχωρίζει επειδή η ακρίβειά του επιβεβαιώθηκε ανεξάρτητα στο ίδιο επίπεδο. Οι ερευνητές υποστηρίζουν ότι πρόκειται για το πρώτο οπτικό ρολόι με επαληθευμένη ακρίβεια 19 δεκαδικών ψηφίων.
Διαβάστε ακόμη
Ακτοπλοϊκά εισιτήρια: Έως 50% έκπτωση για αναπληρωτές εκπαιδευτικούς σε όλα τα μεγάλα δίκτυα
Monte dei Paschi: Το σχέδιο του Λοβάλιο για έναν νέο τραπεζικό πρωταθλητή στην Ιταλία
Χρέος 52 δισ. δολαρίων – Ο μεγάλος πονοκέφαλος της Paramount μετά το deal με τη Warner
Για όλες τις υπόλοιπες ειδήσεις της επικαιρότητας μπορείτε να επισκεφθείτε το Πρώτο ΘΕΜΑ
Σχολίασε εδώ
Για να σχολιάσεις, χρησιμοποίησε ένα ψευδώνυμο.