Απίστευτο – Επιστήμονες έφτιαξαν ρολόι που δε χάνει δευτερόλεπτο για δισεκατομμύρια χρόνια

Και η συνεισφορά του μπορεί να είναι καθοριστική

19 Φεβρουαρίου, 2022, 5:00 μμ

Επιστήμονες από το Πανεπιστήμιο του Ουισκόνσιν-Μάντισον κατάφεραν να κατασκευάσουν το πιο ακριβές πολυπλεξικό ατομικό ρολόι μέχρι σήμερα, το οποίο χάνει μόνο ένα δευτερόλεπτο κάθε 300 δισεκατομμύρια χρόνια.

Η τρομερή αυτή ακρίβεια του οργάνου αναμένεται να έχει σημαντική επιστημονική συνεισφορά, αφού θα επιτρέψει να γίνουν πιο ακριβείς μετρήσεις των βαρυτικών κυμάτων, της σκοτεινής ύλης και άλλων φαινομένων.

Ο φυσικός Shimon Kolkowitz του προαναφερθέντος πανεπιστημίου, ο οποίος ήταν ο επικεφαλής της μελέτης, δήλωσε:

Τα ρολόγια οπτικού πλέγματος είναι ήδη τα καλύτερα στον κόσμο και τώρα καταφέραμε αυτό το επίπεδο απόδοσης που δεν έχει ξαναδεί κανείς. Εργαζόμαστε τόσο για να βελτιώσουμε την απόδοσή τους όσο και για να αναπτύξουμε νέες εφαρμογές που γίνονται πραγματικότητα χάρη σε αυτή τη βελτιωμένη απόδοση.

Σε γενικές γραμμές, τα ατομικά ρολόγια δουλεύουν παρακολουθώντας τους συντονισμούς των συχνοτήτων των ατόμων, συνήθως για τα χημικά στοιχεία καίσιο ή ρουβίδιο. Αυτή η διαδικασία επιτρέπει στα ρολόγια αυτά να μετρούν τον χρόνο με τρομερά υψηλό βαθμό ακρίβειας. Χαρακτηριστικό παράδειγμα είναι το Deep Space Atomic Clock της NASA, το οποίο αποτελεί μέρος ενός πειράματος που έγινε στο διάστημα, δοκιμάζοντας την εν λόγω τεχνολογία σε τροχιά για δύο χρόνια.

Όπως εξηγεί το πανεπιστήμιο, «όταν ένα ηλεκτρόνιο αλλάζει ενεργειακά επίπεδα, απορροφά ή εκπέμπει φως με συχνότητα που είναι πάντα ίδια για όλα τα άτομα ενός συγκεκριμένου στοιχείου. Τα οπτικά ατομικά ρολόγια, λοιπόν, διατηρούν τον χρόνο χρησιμοποιώντας ένα λέιζερ που είναι ρυθμισμένο ώστε να ταιριάζει ακριβώς με αυτή τη συχνότητα. Για να επιτευχθεί αυτό και να διατηρούν την ακριβή ώρα, απαιτούνται μερικά από τα πιο εξελιγμένα λέιζερ του κόσμου».

Η διαφορά αυτής της νέας μελέτης είναι πως δημιούργησε ένα πολυπλεξικό ρολόι, το οποίο χωρίζει άτομα του χημικού στοιχείου στρόντιο, σε μια ευθεία σε έναν ενιαίο θάλαμο κενού. Η ομάδα χρησιμοποίησε ένα «σχετικά άθλιο λέιζερ», όπως το χαρακτήρισε ο Kolkowitz, το οποίο παρόλα αυτά κατάφερε να παράγει μέτρηση με ακρίβεια που είναι παγκόσμιο ρεκόρ.

Εάν η ομάδα χρησιμοποιούσε το λέιζερ σε ένα μόνο ρολόι, αυτό θα διέγειρε τα ηλεκτρόνια στον ίδιο αριθμό ατόμων μόνο για ένα δέκατο του δευτερολέπτου. Ωστόσο, στο πολυπλεξικό σύστημα, με δύο ρολόγια ταυτόχρονα, τα άτομα παρέμειναν διεγερμένα για 26 δευτερόλεπτα.

Στη συνέχεια, η ομάδα προσπάθησε να μετρήσει με ακρίβεια τις διαφορές μεταξύ των δύο ρολογιών και κάνοντας το πείραμα πάνω από 1.000 φορές βρήκε πως η διαφορά στο ‘ticking rate’ μεταξύ τους ήταν μόλις ένα δευτερόλεπτο κάθε 300 δισεκατομμύρια χρόνια.

Αυτή η ακρίβεια στη χρονομέτρηση θέτει το παγκόσμιο ρεκόρ για δύο χωρικά διαχωρισμένα ρολόγια και το εντυπωσιακό είναι πως κάνει χρήση ενός πιο απλού λέιζερ που μπορεί να επιτρέψει πολλές περισσότερες εφαρμογές στον πραγματικό κόσμο.

Η έρευνα αναρτήθηκε στο τεύχος 7897 του τόμου 602 του περιοδικού Nature στις 17 Φεβρουαρίου του 2022.