Sekundės paklaidai prireiktų daugiau nei 260 mlrd. metų: mokslininkai sukūrė rekordinio tikslumo laikrodį

Jei laikrodis per metus suklysta keliomis sekundėmis, kasdienybėje to beveik nepastebime. Tačiau Singapūro mokslininkai pasiekė tokį laiko matavimo tikslumą, kurį sunku net įsivaizduoti. Jų sukurto atominio laikrodžio įvertinta paklaida tokia maža, kad, jai nekintant, vienos sekundės skirtumas susidarytų tik per daugiau nei 260 milijardų metų. Tai gerokai ilgiau, nei egzistuoja Visata.

Singapūro nacionalinio universiteto ir Kvantinių technologijų centro tyrėjai šį rezultatą pasiekė naudodami liutecį – retųjų žemių metalą. Rugsėjo 23 dieną žurnale „Nature“ paskelbtas darbas atveria galimybes dar tiksliau matuoti laiką, tirti gravitaciją ir ateityje patikslinti pačios sekundės apibrėžimą.

Laiką skaičiuoja pagal atomą, o ne rodyklių judėjimą

Įprastame mechaniniame laikrodyje laiką padeda matuoti reguliariai svyruojantis mechanizmas. Atominiame laikrodyje atskaitos tašku tampa labai tikslus dažnis, susijęs su atomo perėjimu tarp energijos lygmenų. Optiniame laikrodyje prie šio perėjimo derinamas lazeris, o jo šviesos svyravimai naudojami laikui skaičiuoti.

Nuo 1967 metų oficialus sekundės apibrėžimas remiasi cezio atomais. Tačiau optiniai atominiai laikrodžiai veikia gerokai aukštesniais dažniais nei cezio standartuose naudojamos mikrobangos. Paprastai tariant, jie leidžia tą patį laiko tarpą suskaidyti į daug smulkesnius intervalus.

Vien didesnio dažnio neužtenka. Tyrėjams tenka įvertinti, kaip matavimus keičia temperatūra, magnetiniai laukai ir pačių dalelių judėjimas. Būtent čia liutecis pasirodė itin perspektyvus: pasirinktas jo jonų perėjimas palyginti mažai jautrus šiluminei spinduliuotei ir magnetinio lauko poveikiui.

Rekordą tikrino lygindami du laikrodžius

Mokslininkai sukūrė dvi nepriklausomas sistemas, kurių kiekvienoje naudojamas vienas liutecio jonas. Vieno laikrodžio santykinė sisteminė neapibrėžtis įvertinta 1,2 × 10⁻¹⁹, kito – 1,3 × 10⁻¹⁹. Šis rodiklis nusako, kiek netikslumo gali likti įvertinus žinomus matavimą veikiančius veiksnius.

Norėdami patikrinti rezultatus, tyrėjai abu laikrodžius lygino iš viso apie 200 valandų. Jų rodmenys sutapo palyginimo tikslumo ribose. Svarbu, kad paties palyginimo neapibrėžtis buvo didesnė už atskirų laikrodžių įvertintą sisteminę neapibrėžtį – tai skirtingi rodikliai, kurių nereikėtų suplakti.

Todėl palyginimas su šimtais milijardų metų yra būdas parodyti pasiekto tikslumo mastą. Jis nereiškia, kad įrenginys buvo tiek laiko bandytas ar galėtų tiek metų veikti be priežiūros.

Toks tikslumas leidžia pastebėti net aukščio skirtumą

Pagal bendrąją reliatyvumo teoriją laikas skirtingame gravitaciniame potenciale teka nevienodai. Arčiau Žemės paviršiaus esantis laikrodis eina truputį lėčiau nei aukščiau pakeltas. Kasdieniai laikrodžiai tokio mažo skirtumo neparodo, tačiau itin tikslūs atominiai laikrodžiai leidžia jį išmatuoti.

Naujasis pasiekimas artina mokslininkus prie galimybės pagal laikrodžių dažnių skirtumus nustatyti net milimetrinio masto aukščio skirtumus. Ateityje tai galėtų būti naudinga itin tiksliems Žemės gravitacinio lauko ir aukščio matavimams.

Tokie įrenginiai taip pat reikalingi fundamentinės fizikos bandymams. Jie leidžia ieškoti menkų nukrypimų nuo dabartinių teorijų prognozių ir tikrinti, ar laikui bėgant nekinta kai kurios pagrindinės fizikinės konstantos.

Ar dabar pasikeis sekundės trukmė?

Naujas rekordas nereiškia, kad reikės persukti laikrodžius ar kitaip skaičiuoti parą. Svarstomas sekundės apibrėžimo atnaujinimas skirtas tam pačiam laiko vienetui tiksliau atkurti ir išmatuoti.

Optinių laikrodžių rezultatai jau vertinami rengiantis galimam naujam standartui. Vis dėlto vieno laboratorinio rekordo nepakanka: būtini patikimi skirtingų sistemų palyginimai ir tarptautinis susitarimas. Sekundės apibrėžimo pakeitimo tikimasi ne anksčiau kaip 2030 metais.

Kasdienybėje šio pokyčio greičiausiai nepajustume. Tačiau navigacijai, ryšio sistemoms ir moksliniams eksperimentams vis tikslesnis laiko matavimas suteikia galimybių, kurių paprastas sieninis laikrodis niekada neatskleis.

Įvertinkite šį straipsnį:

 

 

 

 

 

Kraunami duomenys...

Ačiū už jūsų įvertinimą!