Nejpřesnější hodiny, které jsme kdy sestrojili, by se od vzniku vesmíru opozdily o jedinou sekundu | Ilustrace: AI Midjourney

Ilustrace: AI Midjourney

Nejpřesnější hodiny, které jsme kdy sestrojili, by se od vzniku vesmíru opozdily o jedinou sekundu

Vědci sestrojili nejpřesnější hodiny v dějinách lidstva. Pokud by běžely od vzniku vesmíru, pak by se za celých 13,8 miliard let opozdily maximálně o jednu jedinou sekundu. Na zápěstí se sice nevejdou, fyzici z německého ústavu PTB v Braunschweigu ale i tak zaslouží uznání.

Na rozdíl od běžných atomových hodin, které využívají jeden atom cesia a mikrovlnné záření, pracuje novinka s laserem a krystalovou mřížkou tvořenou více atomy. Konkrétně jde o speciální kombinaci atomů india a yterbia, které drží pohromadě elektrické pole.

100× přesnější než běžné atomové hodiny

„Indium jsme zvolili pro jeho výhodné vlastnosti z hlediska přesnosti. Yterbium pak slouží k účinnému chlazení,“ vysvětluje fyzik Jonas Keller z PTB. Díky tomu činí odchylka pouhých 2,5 ze trilionu (tedy 2,5×10-18). To je zhruba stokrát lepší výsledek než u současných atomových hodin.

Vedoucí výzkumu Tanja Mehlstäubler a její tým museli vyřešit řadu složitých technických problémů, například vyvinout speciální iontové pasti schopné udržet více atomů najednou v přesně definovaných pozicích.

2e92c869-6a89-4a7d-a959-22501c8dd130
První atomové hodiny na bázi cesia z roku 1955

Přínos tohoto objevu dalece přesahuje pouhé přesnější měření času. Experiment může pomoci při testování teorií fundamentální fyziky nebo zlepšit naše chápání vesmíru. Praktické využití by také mohly najít u satelitní navigace nebo při měření tvaru a gravitačního pole Země (pomocí tzv. chronometrickému nivelování, kdy lze měřit nepatrné rozdíly v působení gravitace na plynutí času v různých nadmořských výškách).

Technologie je navíc přizpůsobitelná a v budoucnu by mohla být upravena pro práci s jinými typy iontů. To může otevřít cestu k úplně novým přístupům v přesném měření, včetně využití kvantových efektů napříč více atomy nebo postupného měření více skupin atomů. Německý tým tak položil základy pro další revoluci v měření času.

Zdroje: Physical Review Letters, StudyFinds

Jak fungují cesiové atomové hodiny 

Cesiové atomové hodiny fungují na základě zpětnovazební smyčky. Základ tvoří krystalový oscilátor, jehož frekvence je elektronicky řízena. Tento krystalový oscilátor je připojen na vysílač radiových vln, nasměrovaný do komory s atomy cesia v plynné atmosféře

 Když dojde ke shodě frekvence oscilátoru (a tedy i vysílače) s vnitřní rezonanční frekvencí atomů cesia, přejdou tyto do excitovaného stavu. Excitované atomy cesia reagují odlišně na magnetické pole než neexcitované, a s pomocí magnetů tedy dojde k jejich detekci. Dle množství excitovaných atomů cesia je možno ladit frekvenci krystalového oscilátoru, aby se shodovala s rezonanční frekvencí atomů cesia, tj. 9 192 631 770 Hz.

Wikipedie

Určitě si přečtěte

Články odjinud