Didžiausio tikslumo atominis laikrodis: Naujasis standarto pažangos šuolis

Laikrodžių tikslumo šuolis: tiksliausias pasaulyje atominis laikrodis

JAV Nacionalinio standartų ir technologijų instituto (NIST) tyrėjų komanda pasiekė išskirtinį tikslumo rekordą, sukūrusi tiksliausią iki šiol pasaulyje atominį laikrodį. Naujasis modelis ankstesnius standartus pranoko net 41 procentu, iš naujo apibrėždamas laikrodžių tikslumo ir stabilumo ribas, kurios yra itin svarbios moksliniams tyrimams ir pasaulinei laiko sinchronizacijai.

Ultra tikslių atominių laikrodžių mokslas

Atominiai laikrodžiai laikomi aukščiausiu laiko matavimo tikslumo standartu, jų veikimas pagrįstas pastoviais atomų virpesiais. Šiam proveržiui NIST mokslininkai panaudojo vieną prie absoliutaus nulio atšaldytą aliuminio joną, kurio virpesiai matuojami su neįtikėtinu tikslumu – iki 19 po kablelio. Šis beprecedentis tikslumas, kitaip vadinamas ypatingai mažu sisteminiu neapibrėžtumu, leidžia naujajam atominiam laikrodžiui būti 2,6 karto stabilesniam nei bet kuris ankstesnis modelis.

Tokioje fizikos srityje reikalinga kruopšti kontrolė net smulkiausiems aplinkos veiksniams – menkiausias trikdis gali paveikti laikrodžio eigą. NIST mokslininkams pavyko pasiekti naują izoliacijos lygį pastorinus laikrodžio mechanizmą apsaugantį deimanto lakštą ir patobulinus aukso dangą ant laikrodžio elektrodų. Tokie techniniai sprendimai dar labiau stabilizavo pagrindinius elektrinius laukus, kurie valdo periodinius judesius ir lemia atominių laikrodžių tikslumą.

Bendradarbiavimo proveržiai ir pagrindinės technologijos

Tikslą padėjo pasiekti ir partnerio – magnio jono – panaudojimas. Ši vadinamoji „porininko sistema“ leido veiksmingiau manipuliuoti aliuminio jonu lazerio šviesa, dar labiau padidindama matavimo tikslumą ir laikrodžio stabilumą. Specialūs lazeriai, naudojami procesui, buvo tiekiami iš daugiau nei 3,6 km nuotoliu veikiančios laboratorijos, kuri taip pat garsėja savo tikslumu bei stabilumu. Tokia bendradarbiavimo forma laiko matavimo su 19 skaitmenų tikslumu trukmę sumažino nuo beveik trijų savaičių iki vos pusantros dienos.

„Yra nuostabu dirbti su laikrodžiu, kuris tiesiogiai apibrėžia tikslumo ribas“, – sakė NIST fizikas Masonas Marshallas, pabrėždamas instituto siekį praplėsti matavimo mokslo ribas. Elektronikos inžinierius Danielis Rodriguezas Castillo pridūrė: „Kiekvienas laikrodžio architektūros elementas turi lemiamą reikšmę galutiniam veikimui, todėl kelias iki šio rezultato buvo nepaprastai sudėtingas.“

Poveikis fizikai ir kasdieniam gyvenimui

Skirtingai nei įprasti laikrodžiai, atominiai laikrodžiai yra visos pasaulinės laiko matavimo infrastruktūros pagrindas. Jų tikslumas svarbus kalibruojant kitus laikrodžius, atliekant sudėtingus fizikos eksperimentus, užtikrinant tikslią GPS navigacijos veiklą bei tyrinėjant Visatos struktūrą. Sekundės apibrėžimas yra esminis mokslo ir technologijų progreso akstinas. Tobulesni laikrodžiai atveria galimybes pažangiems tyrimams tokiose srityse kaip tamsiosios materijos paieška ar Einšteino reliatyvumo teorijos tikrinimas.

Žvelgdami į priekį, NIST mokslininkai nusiteikę optimistiškai dėl ateities pažangos. Bus svarstoma padidinti įrenginyje gaudomų jonų skaičių ir pritaikyti kvantinį supynimą, kad būtų pasiektas dar neregėtas matavimo tikslumas. „Turėdami tokią platformą, esame pasirengę diegti naujas laikrodžių architektūras ir gilinti žinias apie fundamentaliuosius Visatos dėsnius“, – pažymėjo NIST fizikė Willa Arthur-Dworschack.

Išvados

Tiksliausio pasaulyje atominio laikrodžio sukūrimas žymi esminį lūžį fizikoje ir technologijų srityje. Nuosekliai taikydama inovacijas ir stiprindama bendradarbiavimą, NIST komanda ne tik užfiksavo naują tikslumo rekordą, bet ir atvėrė kelius būsimoms pažangoms. Tai svarbus žingsnis tobulesnės laiko matavimo technologijos, navigacijos ir pačių fundamentaliausių Visatos dėsnių tyrinėjimo link. Toliau tobulinant atominius laikrodžius, neabejotinai keisis ir mūsų supratimas apie laiką bei stiprės įvairių mokslo ir technologijų sistemų patikimumas visame pasaulyje.