Fizikçiler o kadar hassas bir atom saati geliştirdiler ki 14 milyar yılda bir saniyeden daha kısa bir sürede kapanacaklardı. Bu tür bir doğruluk ve hassasiyet onu sadece bir saatten daha fazla yapar. Yerçekimi dalgalarını ölçebilen, Dünya'nın yerçekimi şeklinin ölçüsünü alabilen ve hatta karanlık maddeyi bile algılayabilen güçlü bir bilimsel araçtır.
Bunu nasıl yaptılar?
Ulusal Standartlar ve Teknoloji Enstitüsü fizikçileri yeni atom saatlerinin nadir toprak elementi ytterbium'a dayandığını söylüyorlar. 1000 ytterbium atomu yakalamak için optik kafes adı verilen bir lazer ışını ızgarası kullanırlar. Atomlar doğal olarak iki enerji seviyesi arasında geçiş yaparak “işaretler”. Bu eyleme atomik elektron geçişi denir ve gerçekleşmesi nanosaniye sürer. Enerji seviyelerini her değiştirdiklerinde veya değiştirdiklerinde, elektronlar algılanabilen mikrodalga enerjisi yayar. NIST fizikçileri bu iterbiyum saatlerinden ikisini inşa ettiler ve bunları karşılaştırarak rekor kıran bir performans elde ettiler.
Bu rekor kıran performans üç şekilde ölçülür:
- Sistematik belirsizlik: Saatin itterbiyum atomlarının doğal titreşimlerini ne kadar iyi temsil ettiği. İtterbiyum saati milyarın sadece bir milyarda biri kadar kapalıydı.
- Stabilite: Belirli bir zamanda saatin frekansı ne kadar değişir. Bu durumda, itterbiyum saatlerini ölçtüler ve bir günde sadece 0.00000000000000000032) değişti.
- Tekrarlanabilirlik: Bu, iki iterbiyum saatinin aynı frekansta ne kadar yakından geçtiğini ölçer. Saatler çifti arasındaki 10 karşılaştırmada, fark yine milyarın milyarda birinin altındaydı.
Proje lideri Andrew Ludlow bir basın açıklamasında “Sistematik belirsizlik, istikrar ve tekrarlanabilirlik, bu saatler için performansın“ kraliyet sifonu ”olarak düşünülebilir. “Tekrarlanabilirlik dediğimiz iki saatin bu eşi benzeri görülmemiş düzeyde anlaşılması belki de en önemli sonuçtur, çünkü esasen diğer iki sonucu gerektirir ve doğrular.”
Einstein bize, tabi olduğunuz yer çekimine bağlı olarak zamanın farklı geçtiğini gösterdi. Atomların bir atomik saat içinde tıkanması, daha güçlü yerçekiminde gözlemlendiğinde yavaşlar. Mt üstünde. Örneğin Everest, zaman Mariana Çukuru'nun dibinden daha hızlı hareket ediyor. Çünkü burada, Dünya'da yerçekimi kuvveti gezegenin merkezinde yoğunlaşmıştır. Merkezden ne kadar uzak olursanız, yerçekimi o kadar az olur. Etkisi büyük değil, belki sadece saniyenin milyonda biri. Ama orada. Bu bir şekilde karşı sezgisel görünüyor, ancak Einstein bunu gösterdi ve doğru olduğu kanıtlandı.
Bu yeni atom saati ile ilgili olağanüstü şey, tekrarlanabilirliğin gösterilmiş olması, saatin hatasının Dünyadaki zaman üzerindeki yerçekimi etkisini tespit etme yeteneğimizin altında olduğu anlamına geliyor.
NIST fizikçisi Andrew Ludlow bunu şöyle açıklıyor: “… gösterilen tekrarlanabilirlik, saatlerin toplam hatasının, yerçekiminin dünyadaki zaman üzerindeki etkisini açıklamak için genel yeteneğimizin altına düştüğünü gösteriyor. Bu nedenle, bunun gibi saatlerin ülke veya dünyada kullanılmasını öngördüğümüz için, göreceli performansları ilk kez Dünya'nın yerçekimi etkileriyle sınırlı olacaktır. ”
Fizikçiler, doğruluğun zamandaki yerçekimi etkisinden daha büyük bir saatimiz olduğuna göre, saati Dünya'nın yerçekimi şeklini ölçmek için kullanabiliriz. Dünyanın yerçekimi şeklini ölçmenin olağan yolu gelgitlerini ölçmektir. Dünyaya yerleştirilen gelgit göstergeleri kullanılır, ancak doğrulukları sadece birkaç santimetredir. Yeni saatler bu doğruluğu tek bir santimetreden daha az bir seviyeye düşürebilir.
Aslında, bu itterbiyum saatleri, Dünya'nın yerçekimi şeklinden çok daha fazlasını ölçmek için kullanılabilir. Uzay-zamanın kendisini ölçmek ve erken evrendeki yerçekimi dalgalarını tespit etmek için kullanılabilirler. Karanlık maddeyi bile ölçebilirler. Bu doğruluk ve hassasiyet seviyesinde, bu cihaz sadece bir saatten çok daha fazlasıdır.
İtterbiyum saati gibi bir saati etkileyebilen sadece yerçekimi değildir. Diğer çevresel etkiler cihazın doğruluğunu bozabilir. Soğutulmuş tutulmalı ve kaçak elektrik alanlarından izole edilmelidir. Yeni saatler, hesaplanabilmeleri ve düzeltilebilmeleri için elektrik ve ısı etkilerine karşı korumalıdır.
Elektrik ve termal koruma gibi iyileştirmelerle fizikçiler, diğer saatleri ölçmek ve karşılaştırmak için farklı laboratuvarlara taşınabilen taşınabilir itterbiyum saatler inşa ediyorlar. Göreceli jeodezi tekniklerini incelemek için başka yerlere de taşınabilirler. Bu bir oyun değiştirici olacaktır, çünkü şu anda en iyi atomik saatlerimiz, ikinciyi tanımlamak için sezyum atomunu kullanan oda büyüklüğünde, "çeşme saatleridir".
Ama bunların hepsi yeni saatlerle değişmek üzere olabilir.
Önceki atomik saatler, şimdiye kadar mevcut olan en doğru zaman işleyişini sağlayan sezyum elementine dayanmaktadır. Sezyum atomunun titreşimi 1960'lardan beri Uluslararası Birimler Sisteminde (ISU) bir saniyenin süresini tanımlamak için kullanılmıştır. Ancak iterbiyum saatinin gelişmesiyle birlikte, sezyumun süresi doldu.
İlk sezyum saati 1955 yılında inşa edildi ve o zamandan beri altın standarttı. İkincisinin resmi tanımı, eğer ilgileniyorsanız, 1967'den beri kullanılmaktadır. “İkincisi, zeminin iki aşırı ince seviyesi arasındaki geçişe karşılık gelen 9 192 631 770 radyasyon süresidir. sezyum 133 atomunun durumu. ” Daha sonra 1997'de sezyumun 0 Kelvin'de olması gerektiğini açıkladılar.
Diğer atomik saatler, taşınabilir hale getirilebilen rubidyum kullanılarak yapılmıştır. Sezyum kadar doğru değiller, ancak GPS, cep telefonu baz istasyonları ve televizyon istasyonlarının frekansını kontrol etmek için yeterince iyi. Ancak itterbiyum atomunu kullanan yeni atom saatinin gelişmesiyle, her iki dünyanın da en iyisine sahip olabiliriz: benzeri görülmemiş bilimsel doğruluk ve taşınabilirlik.
Yeni itterbiyum atom saati, bir saniyenin nasıl olduğunu tanımlamak için önde gelen bir adaydır. Bunun nedeni Uluslararası Birimler Sistemi tarafından tanımlanan doğruluk eşiğini karşılamasıdır. Bu organ, herhangi bir yeni tanımın, şu anda ikinciyi tanımlamak için kullanılan sezyum saatlerine göre onaylanmış doğrulukta 100 kat iyileştirme gerektireceğini söyledi.
Zamanı dünyanın dönmesi ile tanımlıyorduk, ama o zamandan beri çok yol kat ettik. Dünyanın yerçekimi şeklini, erken Evren'den yerçekimi dalgalarını ve belki de karanlık madde bile, bir sopa sıkıştığında hiçbir tarihsel insanın hayal bile edemeyeceği bir şeydir. güneş arama yapmak için yere.
- Basın Bülteni: NIST Atomik Saatler Artık Dünya Modellerini Geliştirmek İçin Zamanı Yeterince İyi Tutuyor
- Araştırma Raporu: Jeodezik sınırın ötesinde atomik saat performansı
- MIT News: Hareket halinde atomik zaman işleyişi
- Vikipedi: Atom saati
- Vikipedi: Sezyum standardı
- Vikipedi: Atomik elektron geçişi
