Radiće bez greške narednih 7,2 milijarde godina: Kinezi napravili atomski sat

Naučnici s Univerziteta za nauku i tehnologiju u Kini napravili su optički sat sa stabilnošću i greškom manjom od pet kvintiliotinki. Sat će izgubiti ili dobiti jednu sekundu u narednih sedam milijardi godina, a stoga je verovatno da će prikazivati tačno vreme tokom naših života.

Optički satovi imaju ključnu ulogu u budućnosti koja se danas oblikuje. Naučnici su uvereni da mogu razviti preciznije sisteme globalnog pozicioniranja (GPS) i kvantnu distribuciju ključeva pomoću optičkih satova.

Istraživački timovi iz Japana, SAD-a i jemačke rade na razvoju atomskih satova, međutim, najprecizniji atomski sat nalazi se na Univerzitetu Colorado u Boulderu te je stabilan u svom radu. Kina je sada postala druga država u svetu koja je demonstrirala precizno merenje vremena, međutim, njen sat mora biti tačniji od američkog.

Sakundu, koja može izgledati tek kao mali otkucaj na satu, nauka definiše na osnovu atomskog sata poznatog kao "mikrotalasna fontana". Sat oslobađa atome cezijuma prema gore, koji zbog gravitacije padaju nazad prema Zemlji, slično kao što voda teče u fontani. Atomi se zatim pobuđuju mikrotalasnim impulsima, što uzrokuje da elektroni apsorbuju i emituju čestice svetlosti i "skaču" na različite energetske nivoe.

Svaki takav ciklus je mali otkucaj koji čini deliće sekunde, omogućavajući naučnicima da održe precizno merenje vremena do nekoliko kvadriliontinki. Međutim, preciznost takvog sata zavisi o frekvenciji mikrotalasne frekvencije. Istraživači zbog toga razvijaju optički časovnik koji zamenjuje mikrotalas laserskom svetlošću. Procenjuje se da će ovo poboljšati performanse časovnika za dva reda veličine.

Potrebna su najmanje tri laboratorij eda bi se postigla stabilnosti ispod pet kvintiliotinki i greška ispod dve kvintiliontinke da bi se usvojili optički digitalni satovi. Pod vodstvom Pana Jianweija, kineski istraživački tim je koristio stroncijum za izradu svog optičkog sata.

Istraživači su ohladili atome stroncijuma do temperature od nekoliko mikrokelvina, a nakon toga su ih zarobili u jednodimenzionalnu rešetku stvorenu uz pomoć laserskih zraka koji se ukrštaju. Zatim su upotrebili ultra stabilni laser kako bi pokrenuli atome i doveli do stabilne i precizne tranzicije sata.

Poređenja s drugim satovima su potvrdila da je optički sat stabilan na 2,2 kvintiliontinke, dok je njegova "nesigurnost" iznosila 4,4 kvintiliontinke. Istraživači su rekli da će njihov sat izgubiti ili dobiti jednu sekundu za 7,2 milijarde godina.

Time su zadovoljeni minimalni kriteriji potrebni za budućnost koja koristi optičke satove za precizno merenje vremena. Istraživači planiraju da koriste i druge atome poput iterbija kako bi napravili sat i uporedili razlike u merenju vremena.

Rad kineskih istraživača je otvorio nove načine za testiranje fundamentalnih teorija o fizici, kao i za traženje gravitacionih talasa i tamne materije.