Dámy a páni, disponujeme novými najpresnejšími hodinami na svete. Fyzici z Massachusettského technologického inštitútu (MIT) vytvorili dokonalejšiu verziu atómových hodín, ktorá je presnejšia a rýchlejšia, ako tie doteraz najlepšie atómové hodiny, o téme informovalo MIT na svojom webe.

V súčasnosti sú atómové hodiny považované za najpresnejšie hodiny na svete. Tie najlepšie majú odchýlku len 1 sekundu na 15 miliárd rokov, inými slovami, ak by sme atómové hodiny spustili pri Veľkom tresku, nemeškali by teraz ani o jednu celú sekundu.

Rovnako ako kdekoľvek inde, aj tu je však priestor na zlepšenie. Vedci sa totiž domnievajú, že ak by sa podarilo zlepšiť presnosť, respektíve meranie citlivosti atómových oscilácií týchto hodín, umožnili by nám detegovať javy, akými sú temná hmota, gravitačné vlny a dokonca by nám mohli pomôcť odpovedať na otázky, aký vplyv má gravitácia na plynutie času alebo či s pribúdajúcim vekom vesmíru plynie čas inak.

Znázornenie kvantových hodín. MIT

O zostrojenie takéhoto typu hodín sa pokúsili aj fyzici z MIT, ktorí prostredníctvom žurnálu Nature informovali, že zostavili atómové hodiny, ktoré nemerajú oblak náhodne oscilujúcich atómov, ako „bežné“ atómové hodiny, ale používajú kvantovo previazané atómy.

Ako sme už uviedli, atómové hodiny sú doteraz najpresnejšie hodiny, akými ľudstvo disponuje. Ich základom sú oscilácie atómov vhodnej látky. Atómy totiž oscilujú v tak presných a spoľahlivých vzoroch, že s ich pomocou dokážeme merať čas.

„Klasické“ atómové hodiny fungujú tak, že zvyčajne sledujú plyn tvorený tisíckami atómov rovnakého typu, zväčša cézia, ktoré sú ochladené na teplotu takmer absolútnej nuly. Potom sú pomocou systému laserov udržiavané na rovnakom mieste v akejsi pasci, kde ich oscilácie meria ďalší laserový systém, píše web New Atlas.

Týmto spôsobom bola určená napríklad aj 1 sekunda, ktorá je definovaná ako „čas trvania  9 192 631 770 periód elektromagnetického žiarenia, ktoré zodpovedá prechodu medzi dvomi hladinami veľmi jemnej štruktúry základného stavu atómu cézia pri teplote absolútnej nuly“

V ideálnom prípade, ak by sme chceli udržať „dokonalý“ čas v atómových hodinách, nemerali by sme oblak tvorený tisíckami atómov, ale len jeden konkrétny atóm. Meranie oscilácií jedného atómu nám však neumožňuje obmedzenie, ktoré fyzici nazývajú štandardný kvantový limit.

Hoci štandardný kvantový limit úplne odstrániť nedokážeme, môžeme znížiť aspoň jeho účinky. To je presne to, čo sa podarilo vedcom z MIT, ktorí namiesto náhodne oscilujúcich atómov využili na meranie času kvantovo previazané atómy.

Kvantové previazanie je jav, pri ktorom sú dve kvantové častice, vzájomne prepojené a zdieľajú svoje fyzické stavy nezávisle od toho, ako ďaleko sa od seba nachádzajú. Tento jav využívajú vedci napríklad aj pri vývoji nehacknuteľného internetu.

Konkrétne vedci vo svojich nových atómových hodinách použili okolo 350 atómov yterbia-171, ktoré oscilujú pri rovnakej frekvencii ako svetlo, čo znamená, že použité atómy kmitali za sekundu asi 100 000-krát častejšie ako  bežne používané cézium.

Zobraziť celú galériu (3)

Pixabay

Vedci zostrojili hodiny tak, že atómy yterbia najskôr ochladili na veľmi nízke teploty a umiestnili ich do optickej dutiny tvorenej dvomi zrkadlami. Následne cez optickú dutinu vyslali laserový lúč, ktorý sa medzi zrkadlami a atómami odrazil až niekoľko tisíckrát a previazal jednotlivé atómy.

„Je to, akoby svetlo (s laseru) slúžilo ako komunikačné spojenie medzi atómami“, vysvetľuje spoluautor štúdie, Chi Shu. „Prvý atóm, ktorý sa stretne so svetlom, mierne modifikuje svetlo a zároveň toto svetlo upravuje ďalšie atómy v mnohých cykloch. Atómy sa navzájom spoznávajú a začínajú sa správať podobne“, dodal Shu.

V okamžiku, keď sú atómy previazané, presvieti ich druhý laser, ktorý meria ich priemernú frekvenciu, čo umožní vytvoriť atómové hodiny, ktoré dosiahnu určitú presnosť až štyrikrát rýchlejšie, ako atómové hodiny bez kvantového previazania.

Vedci tiež tvrdia, že ich atómové hodiny sú také presné, že ak by boli spustené v čase Veľkého tresku, v súčasnosti by mali odchýlku menej ako 100 milisekúnd.