Amerikalı bilim adamları, her 100 milyar yılda bir 1 saniyelik bir hata ile optik atomik saatler oluşturacaklar veya zaman ölçüm yöntemini yeniden yazacaklar!
Güneş saatinden, su saatinden (kum saati), mekanik saatten kuvars saate, insan zaman işleyişi araçları dünyayı sarsan değişikliklere uğradı. 1955'te bilim adamları atom saatini ilk kez icat ettiler ve bu, 1 milyon yılda 1 saniyeden fazla olmayan şaşırtıcı bir doğruluk elde edebildi. Ancak bilim ve teknolojinin gelişmesiyle birlikte yeni zaman ölçüm standartları da değişecek ve Amerikalı bilim adamlarının yeni sonuçları en aşina olduğumuz zaman ölçüm birimini bir kez daha değiştirebilir.
Atomik saatler, atomlar enerjiyi emdiğinde veya serbest bıraktığında yayılan elektromanyetik dalgaların frekansını kullanır. Atomik saatlerde yaygın olarak kullanılan atomlar arasında hidrojen (H), sezyum (Cs), rubidyum (Rb) vb. Bulunur. Mevcut temel zaman birimi, saniye (ler), 1967'de bir sezyum atomik saat kullanılarak tanımlandı, yani sıfır manyetik alan altında 133Cs atomunun temel durumunun iki aşırı ince enerji seviyesi arasındaki geçişin zaman uzunluğu, radyasyon periyodunun 9,192,631,770 katıdır. Genellikle "Uluslararası Atom Zamanı" dediğimiz "ikinci" dir.
Tanım gereği kullanılan saat, Boulder, Colorado, ABD'deki Ulusal Standartlar ve Teknoloji Enstitüsü (NIST) Fizik Laboratuvarı'nın NIST F-1 atomik çeşme saatidir. 1999 yılında 650.000 ABD doları maliyetle 1 saniye / 20 milyon yıl hassasiyetle inşa edilmiştir. Şu anda, dünyadaki en doğru "saat" Japon bilim adamları tarafından, 1 saniye / 16 milyar yıl hassasiyetle, optik bir kafeste ultra düşük sıcaklık atomları kullanılarak 2015 yılında yapıldı.
Küçük bir zaman hatası hayatımıza en ufak bir etki yapmasa da uzay yolculuğu ve fizik alanlarında alışılmadık bir öneme sahiptir. Örneğin, zaman ve frekans ölçüm doğruluğunun iyileştirilmesi, insanların doğa kanunlarını daha derin bir düzeyde keşfetmelerine ve temel bilimsel araştırmaların ilerlemesini teşvik etmelerine yardımcı olabilir. Uzay alanında yüksek hassasiyetli zaman ölçümünün kullanılması, uydu konumlandırmasının doğruluğunu artırmaya yardımcı olacaktır. Bunun ışığında, Ulusal Standartlar ve Teknoloji Enstitüsü (NIST) şu anda doğruluğu hayal gücünün ötesinde olacak yeni nesil atomik saatler - optik atom saatleri geliştiriyor.
Atomik saatin "cetveli", atom titreştiğinde yayılan dalga boyu olduğundan, dalga boyu ne kadar kısaysa, "cetvelin" ölçeği o kadar ince ve ölçüm doğruluğu o kadar yüksek demektir. Optik atomik saat, optik frekansta çalışır ve ölçülen optik rezonans frekansı, mikrodalga frekansından yaklaşık yüz bin kat daha yüksektir, böylece daha yüksek doğruluk sağlar.
NIST araştırma ekibi, "optik kafesteki" binlerce iterbiyum atomunu soğutmak ve yakalamak için iki optik saat ve çoklu lazer kullandı ve ardından bu atomlardaki belirli enerji geçişlerini harekete geçirdi. Araştırmacılar, iki optik saatin doğruluğunun en yüksek hassasiyete sahip sezyum saatinden 100 kat daha yüksek olduğunu buldu.Bu, aynı türden iki saatin bu kadar yüksek bir seviyede performans sergilediği ilk kez. Bilim adamları, doğruluğunun sabit olmasını sağlamak için daha fazla araştırmaya ihtiyaç duyulduğunu ve aynı anda birkaç farklı laboratuvarda deneylerin tekrarlandığını söyledi. Bu doğruluk, yalnızca doğrulama yoluyla Fransız Uluslararası Metroloji Bürosu (BIPM) tarafından belirlenen standartları karşılayabilir.
Optik atom saatlerinde kullanılan atomlar arasında iterbiyum (Yb), stronsiyum (Sr), alüminyum (Al) ve diğer atomlar bulunur.Şu anda, NIST bilim adamları farklı atomik saat türlerinin doğruluğunu karşılaştırıyorlar. Araştırmacılar, ölçüm sonuçlarının istenen doğruluktan uzak olmadığını ve tamamlandıktan sonra sonuçları Avrupa veya Asya'daki laboratuvarlarla karşılaştırabileceklerini söylediler. Ancak tüm çapraz doğrulama geçtiğinde, yeni ve daha doğru bir zaman ölçüm standardı doğacaktır.
Ancak, bu yeni zaman ölçümü doğruluğu tahmini, 2026'da Dünya Ağırlıklar ve Ölçüler Konferansı (GCPM, dört yılda bir) yapılana kadar gerçekleştirilmeyecektir.
Bu konuda temkinli davranan bilim adamları da var. Almanya, Braunschweig'deki Ulusal Metroloji Enstitüsü'nün Zaman ve Frekans Grubu başkanı Ekkehard Peik, sezyum saatlerinin günümüz uygulamaları için yeterince doğru olduğuna ve yeniden tanımlamanın en az 2030'a kadar beklemesi gerekeceğine inanıyor, bu da farklı optik atomik saatler için büyük rekabet sağlayabilir. zaman.
Metin / Zhu Zhang Hangyu
Referans: Daha iyi atomik saatlerle bilim adamları, Science, doi: 10.1126 / science.aat4586, 1 Mart 2018'i yeniden tanımlamaya hazırlanıyor.
