Fiziki so razvili atomsko uro tako natančno, da bi jo čez 14 milijard let ugasnila manj kot ena sekunda. Takšna natančnost in natančnost sta več kot le ura. To je močan znanstveni instrument, ki lahko meri gravitacijske valove, meri zemeljsko gravitacijsko obliko in morda celo zazna temno snov.
Kako so to storili?
Fiziki z Nacionalnega inštituta za standarde in tehnologijo pravijo, da njihova nova atomska ura temelji na zelo redkem zemeljskem elementu itterbiju. Uporabljajo mrežo laserskih žarkov, imenovane optična rešetka, za lovljenje 1000 atomov itterbija. Atomi naravno "klopijo" s preklopom med dvema energetskima nivojema. To dejanje imenujemo atomski elektronski prehod in trajajo nanosekunde. Vsakič, ko odkljukajo ali spremenijo raven energije, elektroni oddajajo mikrovalovno energijo, kar je mogoče zaznati. Fiziki NIST so zgradili dve izmed teh ur iterbija in s primerjavo sta dosegli rekordne rezultate.
Ta rekordna uspešnost se meri na tri načine:
- Sistematična negotovost: Tako dobro ura predstavlja naravne vibracije atomov itterbija. Utorbijska ura je bila izključena le za eno milijardo od milijarde.
- Stabilnost: to je, koliko se frekvenca ure spremeni v določenem času. V tem primeru so izmerili svojo uro iterbija in se je ta čez dan spremenila le za 0,00000000000000000032).
- Reproducibilnost: Ta meri, kako tesno dve ure uricata istočasno. V 10 primerjavah med parnimi urami je bila razlika spet manjša od ene milijarde milijardnih ur.
"Sistematično negotovost, stabilnost in obnovljivost lahko štejemo za" kraljevsko rdečico "delovanja teh ur," je v sporočilu za javnost dejal vodja projekta Andrew Ludlow. "Dogovor obeh ur na tej brez primere ravni, ki ji pravimo obnovljivost, je morda najpomembnejši rezultat, saj v bistvu zahtevata in utemeljujeta druga dva rezultata."
Einstein nam je pokazal, da čas mineva drugače, odvisno od teže, ki si tudi ti. Tikanje atomov v atomski uri se upočasni, če ga opazimo v močnejši gravitaciji. Na vrhu Mt. Na primer na Everestu se čas premika hitreje kot na dnu Marijinega rova. To je zato, ker je tukaj na Zemlji sila gravitacije skoncentrirana v središču planeta. Dlje kot ste oddaljeni od središča, manj je težnosti. Učinek ni velik, morda le milijoninke sekunde. Ampak tam je To se nekako zdi preveč intuitivno, toda to je pokazal Einstein in dokazano je bil pravi.
Izjemna stvar te nove atomske ure je ta, da je prikazana obnovljivost, kar pomeni, da je napaka ure pod našo zmožnostjo zaznavanja gravitacijskega učinka na času tukaj na Zemlji.
Fizik NIST Andrew Ludlow to pojasni takole: "... dokazana obnovljivost kaže, da skupna napaka ur pade pod našo splošno sposobnost izračunavanja vpliva gravitacije na čas tukaj na Zemlji. Ker predvidevamo, da se takšne ure uporabljajo po državi ali svetu, bi bila njihova relativna učinkovitost prvič omejena z gravitacijskimi vplivi Zemlje. "
Fiziki pravijo, da lahko zdaj, ko imamo uro, ki je natančnejša od gravitacijskega učinka, več kot gravitacijski učinek, uporabimo uro za merjenje gravitacijske oblike Zemlje. Običajni način merjenja Zemljine gravitacijske oblike je z merjenjem plimovanja. Uporabljajo se merilniki plimovanja po svetu, vendar je njihova natančnost le nekaj centimetrov. Nove ure bi to natančnost lahko znižale na manj kot en centimeter.
Pravzaprav lahko te ure iterbija uporabljamo za merjenje veliko več kot Zemljina gravitacijska oblika. Uporabljajo se lahko za merjenje samega prostora-časa in zaznavanje gravitacijskih valov iz zgodnjega vesolja. Mogoče je, da bi lahko merili celo temno snov. Na tej ravni natančnosti in natančnosti je ta instrument veliko več kot le ura.
Ura lahko vpliva samo na uro, kot je uroter. Drugi vplivi na okolje lahko motijo natančnost naprave. Hladiti jih je treba in jih je treba izolirati od morebitnih potepuških električnih polj. Nove ure so zaščitene pred električnimi in toplotnimi učinki, tako da jih je mogoče upoštevati in popraviti.
Z izboljšavami, kot so električno in toplotno zaščito, fiziki gradijo prenosne urice z iterbijem, ki jih je mogoče prevažati v različne laboratorije za merjenje in primerjavo drugih ur. Lahko bi jih preselili tudi na druge lokacije, da bi preučevali tehnike relativistične geodezije. To bi bilo spremenjevalnik iger, saj so trenutno naše najboljše atomske ure velikosti v sobi, tako imenovane "vodnjak-ure", ki uporabljajo cezijev atom za določitev drugega.
Toda to bi se lahko z novimi urami spremenilo.
Prejšnje atomske ure temeljijo na elementu cezij, ki je do zdaj zagotavljal najbolj natančno razporejanje časa. Vibracija cezijevega atoma se uporablja od šestdesetih let prejšnjega stoletja za določitev trajanja ene sekunde v mednarodnem sistemu enot (ISU). Toda z razvojem ure iterbija bo čas cezija
Prva cezijeva ura je bila zgrajena leta 1955 in od takrat je zlati standard. Uradna opredelitev drugega, če vas zanima, je v uporabi od leta 1967. Pravi: „Drugo je trajanje 9 192 631 770 obdobij sevanja, ki ustreza prehodu med dvema hiperfiniranima nivojema tal. stanje atoma cezija 133. " Nato so ga leta 1997 razjasnili, kar pomeni, da mora biti cezij na 0 Kelvina.
Druge atomske ure so bile izdelane z uporabo rubidija, ki ga je mogoče narediti prenosnega. Niso tako natančni kot cezij, vendar so dovolj dobri za aplikacije, kot so GPS, bazne postaje mobilnih telefonov in za nadzor frekvence televizijskih postaj. Toda z razvojem nove atomske ure z atomom yterbiuma bomo morda imeli najboljše iz obeh svetov: znanstveno natančnost in prenosljivost brez primere.
Nova atomska ura ytterbium je vodilni kandidat za ponovno opredelitev opredelitve, kako traja ena sekunda. To je zato, ker dosega prag točnosti, ki ga določa Mednarodni sistem enot. Ta organ je dejal, da bo vsaka nova opredelitev zahtevala 100-kratno izboljšanje potrjene natančnosti glede cezijevih ur, ki se trenutno uporabljajo za določitev druge.
Čas smo definirali z vrtenjem Zemlje, vendar smo od takrat že daleč. Atomska ura, ki uporablja tik-vrednost redkozemeljskega elementa za merjenje gravitacijske oblike Zemlje, gravitacijskih valov iz zgodnjega Vesolja in morda celo temne snovi, je tisto, česar si zgodovinski človek ni mogel zamisliti, ko bi vtaknil palico v tla za sončno izbiranje.
- Sporočilo za javnost: NIST Atomske ure imajo zdaj dovolj časa za izboljšanje zemeljskih modelov
- Raziskovalni članek: Delovanje atomske ure preko geodetske meje
- MIT News: Atomsko merjenje časa, na poti
- Wikipedija: Atomska ura
- Wikipedija: Cezijev standard
- Wikipedija: Atomski elektronski prehod
