Vědecký tým vedený odborníky z JILA, což je společný projekt Národního institutu pro standardy a technologie (NIST), vytvořil první prototyp jaderných hodin. Ty mají potenciál být výrazně přesnější než současné atomové hodiny, které používáme k měření času s co nejvyšší přesností.
„Představte si náramkové hodinky, které by se nezpozdily ani o sekundu, i kdyby běžely miliardy let,“ vysvětluje fyzik Jun Ye v tiskové zprávě. „Ačkoli ještě nejsme úplně tam, tento výzkum nás přibližuje k dosažení této úrovně přesnosti.“
Zatím jsou nejpřesnější atomové hodiny
Stávající atomové hodiny jsou extrémně stabilní a spolehlivé po velmi dlouhou dobu, což z nich dělá klíčový nástroj pro nejpřesnější měření, která vědci potřebují provádět. Jsou zatím nejpřesnějším měřidlem času, ale jaderné hodiny mohou tuto technologii překonat a přinést nové možnosti v oblasti vědeckého výzkumu a technologií.
Atomové hodiny, které se dnes používají například v GPS nebo v telekomunikacích, měří čas pomocí frekvence záření emitovaného atomy, jako je například atom cesia. Frekvence těchto atomů je velmi stabilní a pravidelná, což umožňuje extrémně přesné měření času – odchylky v atomových hodinách jsou tak malé, že jsou za miliony let sotva znatelné a za miliardy let by se zpozdily jen o pár sekund.
V červenci představili jiní vědci dosud nejpřesnější atomové hodiny. Ty používají pro měření času tisíce atomů a jejich přesnost je taková, že by se zpozdily jen o jednu sekundu za 30 miliard let. Pro srovnání: náš vesmír je starý necelých 14 miliard let a Země samotná existuje méně než 5 miliard let.
Jaderné hodiny fungují podobně
Jaderné hodiny fungují na podobném principu, ale místo měření záření elektronů obíhajících kolem atomového jádra měří záření samotného jádra atomu. Aby se jádro atomu dostalo do potřebných stavů pro měření času, je nutné použít speciální rentgenové záření. Nově popsaný prototyp jaderných hodin je založen na izotopu thoria, jehož jádro vyžaduje ke skokům mezi energetickými stavy pouze ultrafialové světlo, což celý proces značně usnadňuje.
„S prvním prototypem jsme prokázali, že thorium může být použito jako časomíra pro ultra-přesná měření,“ uvedl člen vědeckého týmu Thorsten Schumm, který působí jako fyzik na Technické univerzitě ve Vídni. „Zbývá už jen technický vývoj, během kterého neočekáváme žádné zásadní překážky.“
Další výhodou jaderných hodin je skutečnost, že jádro je mnohem odolnější vůči vnějším vlivům, jako jsou elektromagnetické poruchy, které mohou u atomových hodin narušovat měření. Díky tomu by jaderné hodiny mohly být nejen přesnější, ale i stabilnější v náročných podmínkách.
Tento přístup by měl zajistit stabilnější měření času než technologie, kterou využívají současné atomové hodiny. To by mělo umožnit ještě přesnější měření času, což je důležité pro oblasti jako fyzika, astronomie nebo telekomunikační technologie.
Zatím nejsou přesnější. Ale budou
Jaderné hodiny by mohly pomoci odpovědět na některé z nejzákladnějších otázek fyziky. Jednou z nich je například otázka, zda se fyzikální konstanty vesmíru mění v čase. Tyto hodiny by totiž byly natolik přesné, že by dokázaly odhalit i nepatrné změny, které současné technologie nedokážou zachytit.
Představené jaderné hodiny zatím nejsou přesnější než současné nejlepší atomové hodiny, ale Thorsten Schumm je přesvědčen, že jeho tým tuto technologii během několika let překoná. „První auta nebyla rychlejší než koňské povozy. Šlo o to představit nový koncept,“ vysvětluje Schumm. „A právě to jsme nyní dokázali s jadernými hodinami.“
Dosavadní výsledky vědeckého bádání byly 4. září publikovány v prestižním vědeckém časopise Nature. Toto periodikum pokrývá široké spektrum vědeckých disciplín, včetně biologie, fyziky, chemie, medicíny, environmentálních věd a mnoha dalších. Jedním z hlavních důvodů, proč je Nature považován za tak prestižní, je jeho přísné recenzní řízení, které zajišťuje, že publikované studie jsou před zveřejněním důkladně hodnoceny odborníky na danou problematiku.
Zdroje: nature.com, gizmodo.com, studyfinds.org, newatlas.com.