Fyzici vytvářejí průkopnické atomové hodiny, které jsou vypnuty o méně než 1 sekundu každých 100 milionů let
Vědci vyvinuli jednu z nejpřesnějších atomových hodin, jaké kdy byly postaveny, a plánují ji použít jako referenční hodiny Definujte čas sám.
Na základě stoupajícího a padajícího atomů cesia pod mikrovlnným paprskem je atomové hodiny NIST-F4 tak spolehlivé, že pokud by se začalo běžet, když dinosauři existovali před 100 miliony let, bylo by dnes podle svých tvůrců méně než vteřinu.
Hodinky, vědci z Národního institutu pro standardy a technologii (NIST) v Boulderu v Coloradu, zveřejnili podrobnosti o fungování NIST-F4 15. dubna v časopise Metrologie. Nové hodiny běží od dubna 2025, čeká na schválení, než se připojí ke zhruba 450 dalších hodin po celém světě při definování koordinované univerzální doby (UTC), globálního systému pro měření ultraprecise rytmu vteřiny.
Časové signály se „používají doslova miliardykrát každý den pro všechno od nastavení hodin a hodinek až po zajištění přesného časového razítka stovek miliard dolarů elektronických finančních transakcí“. Liz Donleyšéf divize času a frekvence na NIST, řekl v prohlášení. (Donley není připisován jako jeden z autorů nového příspěvku).
Rostoucí potřeba přesnějšího časového řízení znamená, že vědci vždy pracují na vývoji lepších referenčních hodin – těch, které definují čas, kterým jsou ostatní stanoveni. Na rozdíl od svých každodenních protějšků jsou tato referenční zařízení atomové hodiny a odvozují své klíšťata z vibrací atomů.
Související: „Sen se splní“: Průlom jaderných hodin by mohl revolucionizovat studium základních sil vesmíru
NIST-F4 je typ atomových hodin známý jako fontánové hodiny, obsahující oblak tisíců atomů cesia na chlazení téměř absolutní nula pomocí laserů. Atomy se pak vrhnou nahoru pod impuls poskytovaný dvojicí laserových paprsků, poté spadají pod vlastní hmotnost, zatímco procházejí mikrovlnným paprskem naladěným, aby se atomy oscilovaly.
Počítání této frekvence (která se vyskytuje 9 192 631 770krát za sekundu) umožňuje vědcům přesně definovat mezinárodní sekundu.
Ale to je relativně jednoduchá část. Aby se zajistila spolehlivost NIST-F4, museli vědci zohlednit každý zdroj nepatrného šumu, který by mohl ovlivnit vibrace atomů cesia. Mezi ně patří kvantové křížové rozhovory s jinými atomy; účinky mikrovlnné trouby a čočky; a jemná zkreslení v elektromagnetických polích generovaných lasery.
Tým začal dělat tyto vylepšení v roce 2020, čtyři roky poté, co byly první fontánové hodiny agentury NIST-F1 vyřazeny k obnově. Tato práce zahrnovala přestavbu mikrovlnné dutiny v jádru hodin od nuly.
„Vyhodnocení hodin fontány, jako je NIST-F4, je pomalý proces,“ autor první studie Vladislav GerginovVe svém prohlášení uvedl fyzik na NIST, který pracoval na novém designu. „Musíme být velmi konzervativní. Měli bychom o tom vědět všechno.“
Výsledkem jsou hodiny s celkovou systematickou nejistotou 2,2 x 10⁻⁶ – přesnost, která znamená, že každých 140 milionů let ztrácí méně než sekundu. Toto nesmírně jemné zpoždění je produktem hluku z náhodnosti, která je vlastní Kvantová měřeníFaktor, který vědci tvrdí, že by mohl být snížen s lepšími oscilátory a rafinovaným laserovým chlazením.
NIST-F4 zaškrtne vedle svých prekurzorových hodin NIST-F3. Novější hodiny budou fungovat přibližně 90% času a alespoň jedna z hodin bude probíhat v daném okamžiku. Data z obou budou pravidelně odesílána do BIPM, aby kalibrovala UTC, a udržují svět tiká na rytmus.
