Prelazak na optičke satove imao bi kaskadne efekte od meteorologije do osnovne fizike

Naučnici su napravili veliki korak ka ambicioznom globalnom cilju „redefinisanja sekunde“ do kraja ove decenije. Nova studija opisuje kako su istraživači iz šest zemalja simultano uporedili merenja 10 optičkih satova – naprednog oblika merenja vremena, do 100 puta preciznijeg od najboljih cezijumskih satova, koji su trenutno globalni standard.

Reč je o dosad najvećem koordinisanom poređenju optičkih satova i značajno je smanjena neizvesnost između merenja iz ranijih studija. To takođe znači da su optički satovi bliže nego ikad da postanu novi standard, što je promena koja bi mogla imati ogromne posledice na sve u rasponu od meteorologije do našeg razumevanja fundamentalne fizike.

Preporučujemo

Nalazi podržavaju napredak ka redefinisanju sekunde i upotrebe optičkih standarda za međunarodne vremenske razmere, kažu istraživači.

U suštini, optički satovi su izuzetno tačni instrumenti koji mere frekvenciju atoma nakon što su pobuđeni laserima. Atomi su prvo ohlađeni blizu apsolutne nule, a onda se pomoću lasera detektuju njihove vibracije. Te vibracije se nazivaju odnosi frekvencije. Ova precizna frekvencija onda odgovara „otkucaju“ sekunde.

Naučnici smatraju da ovaj metod daje mnogo tačnije rezultate nego cezijumski atomski satovi, koji su globalni standard već pet decenija. Poređenja radi, naučnici kažu da optički sat ne bi dobio ili izgubio sekundu milijardama godina – mogli biste čekati da trenutna starost univerzuma prođe četiri puta, a optički sat bi grešio manje od minuta. Uporedite to sa običnim ručnim satom, do čije devijacije može doći vrlo brzo.

Optički satovi su izuzetno precizni, ali su takođe veoma složeni. Postoji samo oko 100 na svetu, umnogome zbog toga što ih je teško napraviti i održavati. Takođe su podložni lomljenju. Njihovo međusobno poređenje je veliki problem. Različiti satovi mere frekvencije različitih tipova atoma – svaki ima sopstvenu specifičnu frekvenciju. To znači da jedini način da se uspostavi dosledan, visokoprecizan standard jeste direktno poređenje satova jednog s drugim.

Istraživači iz Finske, Francuske, Nemačke, Italije, Ujedinjenog Kraljevstva i Japana sarađivali su u projektu ROCIT na upoređivanju 10 satova. Merenja su izvedena tokom perioda od 45 dana u 2022.

Ranije su se manja poređenja optičkih satova oslanjala na satelitske veze radi merenja razlika, ali je ova studija koristila i satelitske veze i kablove optičkih vlakana. To je važno jer omogućava tačnija merenja. „Poređenje više satova istovremeno i korišćenje više od jednog tipa tehnologije povezivanja obezbeđuje mnogo više informacija nego dosadašnja poređenja uglavnom parova satova“, kažu istraživači.

Kablovi optičkih vlakana protezali su se hiljadama kilometara širom Evrope, omogućavajući povezivanje izlaznih frekvencija više satova. Uzeti su u obzir signalni šum i druga ograničenja instrumenata. Poređenje je ukupno proizvelo 38 odnosa frekvencije izmerenih simultano, četiri od njih prvi put. Ostali odnosi su izmereni tačnije nego ikad ranije, kažu istraživači.

Ova merenja daju bitne informacije o tome kakav rad je još potreban da bi optički satovi postigli preciznost i pouzdanost nužne za upotrebu u međunarodnom merenju vremena. Eksperiment je takođe pokazao kako optički satovi širom Evrope mogu biti povezani radi merenja odnosa frekvencije sa vrhunskom preciznošću.

Otkrivanje misterija univerzuma

Iako je potrebno još poređenja pre nego što optički satovi mogu zvanično da postanu globalni standard, istraživači su optimistični. Koristi su veće od samo boljeg merenja vremena. Preciznija merenja bi mogla pomoći naučnicima da testiraju Ajnštajnovu teoriju relativnosti sa većom tačnošću i dati nove uvide u misteriozni koncept tamne materije.

Istovremeno, naučnici takođe ostvaruju napredak u pogledu potpuno novih „nuklearnih satova“, koji bi mogli učiniti da optički izgledaju kao ostaci prošlosti.

Prošle godine je američki Nacionalni institut za standarde i tehnologiju (NIST) saopštio da je blizu dovršenja prototipa nuklearnog sata, koji se fokusira na vibracije – ali ne atoma, već atomskog jezgra.

(Telegraf Nauka/Popular Science)