Nejpřesnější hodiny na světě mohou tikat 40 miliard let bez chyby

Foto: 2092512/Unsplash

Tým, který podle New Scientist vytvořil nejpřesnější známé hodiny, překonal svůj vlastní rekord. Nejpřesnější hodiny na světě ztratí méně než 1 sekundu každých 40 miliard let, což je přibližně trojnásobek současného stáří vesmíru.

I když takové extrémní měření času přímo nepotřebujeme, hodiny by mohly pomoci při vyšetřování v mnoha oblastech fyziky, včetně detekce temné hmoty.

Slunce může žít a zemřít čtyřikrát a tyto hodiny by stejně ztratily jedinou sekundu. Zařízení je známé jako optické mřížkové hodiny, popsané v preprintu, který ještě musí projít recenzním řízením a používá 40 000 atomů stroncia zachycených v jednorozměrné mřížce. Atomy jsou udržovány jen o zlomek stupně nad absolutní nulou a tikání těchto hodin je přechodem mezi specifickými energetickými hladinami pro elektrony v tomto atomu.

Tým již léta vyvíjí optické atomové hodiny a dosahuje přesnosti, která je u běžných atomových hodin, které využívají atomy cesia, nemožná. Přesto za posledních několik let tým pokročil v omezování nejistot a systematických efektů, aby dále zlepšil přesnost tohoto zařízení.

Hodiny postavil postgraduální student JILA, Alexander Aeppli, jeden z týmu výzkumníků, kteří pracují na nejpřesnějších hodinách na světě. V laboratoři JILA a člena NIST Juna Ye, se Aeppli zaměřuje na zdokonalování stronciových atomových hodin pomocí výkonných ultrastabilních laserů. „Laser řídí elektronický přechod ve stronciu,“ vysvětlil Aeppli. „A my se chceme ujistit, že tento přechod uvnitř stroncia je přesný.“

Možná se ptáte, jak přesné to můžete. Tým si myslí, že může jít ještě dál. Doufají, že dosáhnou 10krát přesnějších měření a možná by dokonce mohli dosáhnout úrovní 100krát přesnějších. Dokázali zlepšit svou přesnost o faktor 10 během pouhých několika let, takže se zdá, že jejich sebedůvěra je na správném místě.

Očekává se, že tyto hodiny přinesou novou definici, která již nebude založena na nejlepších atomových hodinách, ale na jednom z těchto zařízení. Ale to není jediné vědecké využití těchto zařízení s neuvěřitelnou přesností, čekají nás objevy daleko za hranice času.

„Pokud se dostaneme do časů citlivých na velmi malé zakřivení časoprostoru, budou na nás čekat velmi zajímavé objevy,“ řekl hlavní autor profesor Jun Ye, když bylo oznámeno, že získal cenu za průlom základní fyziky v roce 2022.

Atomové hodiny jsou již citlivé na relativistické efekty, ale citlivost optických mřížkových hodin je 1000krát vyšší, což znamená, že je lze použít k měření gravitace jako nikdy předtím a také k testování naší teorie gravitace, obecné teorie relativity, na přísnější limit. Pokud by ani to již nebylo cool, mohly by být tyto hodiny použity ke studiu temné hmoty.

Článek popisující výsledky byl publikován v pteprintu na Arxiv.