Eπιστήμονες επιδιώκουν να «επαναπροσδιορίσουν το δευτερόλεπτο» με νέο εξαιρετικά ακριβές ρολόι

Ρολόι

Επιστήμονες στην Κίνα ανακάλυψαν ένα ρολόι που θα μπορούσε να αλλάξει τον χρόνο όπως τον ξέρουμε. Οι ερευνητές κατασκεύασαν ένα οπτικό ρολόι που χάνει ή κερδίζει ένα δευτερόλεπτο κάθε 7 δισεκατομμύρια χρόνια.

Αυτό φέρνει τους ανθρώπους πιο κοντά στον επαναπροσδιορισμό του δευτερολέπτου ως βασική μονάδα του χρόνου. Το επίτευγμα καθιστά την Κίνα την δεύτερη χώρα στον κόσμο που επιτυγχάνει τόσο ακριβή χρονομέτρηση.

«Tο gadget ανοίγει τον δρόμο για τη δημιουργία ενός παγκόσμιου δικτύου οπτικών ρολογιών» έγραψε στο επιστημονικό περιοδικό Metrologia νωρίτερα αυτό το μήνα, η ομάδα, με επικεφαλής τον φυσικό Pan Jianwei.

Πρόσθεσαν ότι ανοίγει επίσης νέες ευκαιρίες για τον έλεγχο θεμελιωδών θεωριών της φυσικής, την ανίχνευση βαρυτικών κυμάτων και την αναζήτηση σκοτεινής ύλης.

Ρολόι
πηγή: Science Photo Library

Το πιο «ακριβές» ρολόι στον κόσμο

Ο σημερινός κάτοχος του ρεκόρ για το ακριβέστερο οπτικό ρολόι με βάση το στρόντιο, φιλοξενείται στο Πανεπιστήμιο του Κολοράντο στο Μπόλντερ. Αναπτύχθηκε από μια ομάδα με επικεφαλής τον Κινεζοαμερικανό φυσικό Jun Ye. Παραμένει ελαφρώς ακριβέστερο από τον κινεζικό ανταγωνιστή του και η λειτουργία του είναι πιο σταθερή.

Αντίστοιχα ρολόγια έχουν αναπτύξει το Πανεπιστήμιο του Τόκιο και το Ινστιτούτο Φυσικής και Χημικής Έρευνας στην Ιαπωνία, καθώς και το Εθνικό Ινστιτούτο Μετρολογίας της Γερμανίας.

Οι δυνατότητες των οπτικών ρολογιών

Τα οπτικά ρολόγια έχουν μεγάλες δυνατότητες για εφαρμογές σε κρίσιμες υποδομές στο μέλλον. Θα μπορούσαν να βελτιώσουν σημαντικά την ακρίβεια των παγκόσμιων δορυφορικών συστημάτων πλοήγησης και να βοηθήσουν στη δημιουργία εξαιρετικά ασφαλών δικτύων επικοινωνίας που βασίζονται στην κβαντική διανομή κλειδιών.

Επίσης θα μπορούσαν να βελτιώσουν τον συγχρονισμό και την αποδοτικότητα των δικτύων ηλεκτρικής ενέργειας, και ακόμη και να διαδραματίσουν ζωτικό ρόλο στην εθνική άμυνα και ασφάλεια, σύμφωνα με την South China Morning Post.

Σήμερα, ο ορισμός του δευτερολέπτου βασίζεται σε έναν τύπο ατομικού ρολογιού που ονομάζεται ρολόι μικροκυμάτων συντριβανιού (microwave fountain clock), που είναι ένας τύπος ατομικού ρολογιού (Atomic clock).

Λειτουργεί απελευθερώνοντας άτομα καισίου προς τα πάνω, τα οποία στη συνέχεια πέφτουν υπό τη βαρύτητα σε μια κίνηση που μοιάζει με σιντριβάνι, ενώ διεγείρονται με παλμούς μικροκυμάτων. Τα ηλεκτρόνιά τους στη συνέχεια απορροφούν και εκπέμπουν σωματίδια φωτός για να μεταπηδήσουν μεταξύ διαφορετικών ενεργειακών επιπέδων.

Μετρώντας αυτούς τους κύκλους ως “τικ” που σηματοδοτούν κλάσματα του δευτερολέπτου, οι επιστήμονες μπορούν να επιτύχουν χρονομέτρηση υψηλής ακρίβειας με σταθερότητα αρκετών τετρακιλιοστών. Αλλά η ακρίβεια ενός ρολογιού μικροκυμάτων περιορίζεται από το πρότυπο συχνότητας μικροκυμάτων.

Τα τελευταία χρόνια, οι ερευνητές έχουν κατασκευάσει οπτικά ρολόγια τα οποία χρησιμοποιούν φως λέιζερ για να οδηγήσουν ηλεκτρονικές μεταβάσεις και επιτυγχάνουν επιδόσεις που είναι δύο τάξεις μεγέθους καλύτερες από τα αντίστοιχα μικροκυματικά ρολόγια.

Όμως, αν τα ρολόγια μικροκυμάτων πρόκειται να αντικατασταθούν από οπτικά για τον μελλοντικό ορισμό του χρόνου, τουλάχιστον τρία εργαστήρια στον κόσμο θα πρέπει να διαθέτουν ένα οπτικό ρολόι με σταθερότητα κάτω από 5 πεντακιλιοστά και αβεβαιότητα κάτω από 2 πεντακιλιοστά.

Είναι οι δύο βασικές μεταβλητές για την απόδοση και την αξιοπιστία ενός οπτικού ρολογιού. Η αστάθεια μετράει πόσο μεταβάλλεται η συχνότητα του ρολογιού με την πάροδο του χρόνου, ενώ η αβεβαιότητα αντιπροσωπεύει το βαθμό εμπιστοσύνης στη συχνότητα που μετράει το ρολόι.

Scroll to Top