Τι ώρα είναι; Νέα ατομικά ρολόγια απαντούν με ακρίβεια 18 δεκαδικών

Η επιστημονική κοινότητα έκανε ένα ακόμη μεγάλο βήμα στην ακριβή μέτρηση του χρόνου: ερευνητές της κοινοπραξίας BACON (Boulder Atomic Clock Optical Network), παρουσιάζουν στο Nature τα αποτελέσματα μετρήσεων από τρία διαφορετικά ατομικά ρολόγια, καταδεικνύοντας ότι ο χρόνος μπορεί πλέον να μετρηθεί με ακρίβεια της τάξης του ενός δισεκατομμυριοστού του δισεκατομμυριοστού (10^-18).

Συνδυάζοντας τρία ατομικά ρολόγια

Η ακριβής μέτρηση του χρόνου έχει σήμερα μεγάλη σημασία για μια πληθώρα επιστημονικών αλλά και πρακτικών εφαρμογών, όπως για παράδειγμα οι διεθνείς χρηματοπιστωτικές συναλλαγές και το σύστημα GPS, το οποίο βασίζεται σε δορυφόρους με ατομικά ρολόγια.

Μέχρι σήμερα, η πιο ακριβής χρονομέτρηση βασίζονταν σε ρολόγια ατόμων καισίου, άτομα τα οποία αναγκάζονται να ταλαντώνονται ανάμεσα σε δύο διαφορετικά επίπεδα ενέργειας με πολύ συγκεκριμένη συχνότητα.

Με βάση την ταλάντωση αυτή ορίζεται μάλιστα η βασική μονάδα του χρόνου: ένα δευτερόλεπτο είναι ο χρόνος που απαιτείται για να ολοκληρώσει ένα άτομο καισίου 9.192.631.770 ταλαντώσεις στη θερμοκρασία του απόλυτου μηδέν.

Πλέον όμως οι επιστήμονες έχουν στη διάθεσή τους πιο ακριβή ατομικά ρολόγια, των οποίων η λειτουργία δεν βασίζεται στο καίσιο. Οι ερευνητές της κοινοπραξίας BACON συνέκριναν τρία ατομικά ρολόγια νέας τεχνολογίας: ένα που βασίζεται σε άτομα υττέρβιου, ένα που λειτουργεί με άτομα στρόντιου και ένα που χρησιμοποιεί ένα ηλεκτρικά φορτισμένο άτομο αλουμινίου.

To ατομικό ρολόι υττέρβιου, ένα από τα τρία ατομικά ρολόγια που χρησιμοποιήθηκαν στο πείραμα (N. Phillips / NIST)

Η σύγκριση έδειξε ότι η αβεβαιότητα στις μετρήσεις των τριών ρολογιών ήταν εξαιρετικά μικρή, περίπου δύο μέρη ανά δισεκατομμύριο δισεκατομμύρια. Η ακρίβεια αυτή είναι περίπου 10 φορές μεγαλύτερη σε σχέση με την καλύτερη προηγούμενη προσπάθεια, και δείχνει ότι και τα τρία ρολόγια θα χρειάζονταν γύρω στα 15 δισεκατομμύρια χρόνια για να χάσουν ή να κερδίσουν ένα δευτερόλεπτο.

Τα ρολόγια τα οποία χρησιμοποιήθηκαν δεν βρίσκονταν όλα στον ίδιο χώρο: δύο ατομικά ρολόγια βρίσκονταν στο ίδιο εργαστήριο, ενώ το τρίτο ήταν τοποθετημένο 1,5 χιλιόμετρο μακριά. Έτσι, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν δύο τρόπους σύνδεσης τόσο για να συνδυάσουν τα δεδομένα και από τα τρία ρολόγια έχοντας τις ελάχιστες απώλειες σε επίπεδο ταχύτητας μετάδοσης των πληροφοριών όσο και για να επιβεβαιώσουν ότι η μεταφορά πραγματοποιήθηκε με την επιθυμητή ακρίβεια.

Ώρα για νέο ορισμό

Η μέτρηση του χρόνου με τόσο μεγάλη ακρίβεια προφανώς δεν έχει μεγάλη χρησιμότητα στην καθημερινή ζωή.

Έχει όμως σημασία για πειράματα ακριβείας που μετρούν παραδείγματος χάριν με ποιον τρόπο η βαρύτητα και οι υψηλές ταχύτητες επιβραδύνουν τον χρόνο.

Και, το σημαντικότερο, η νέα τεχνολογία θα μπορούσε να οδηγήσει σε έναν ακόμα πιο ακριβή ορισμό του δευτερολέπτου, πέρα από την ακρίβεια που προσφέρουν τα σημερινά ρολόγια καισίου.

Όσο πιο πολλά δεκαδικά ψηφία, τόσο το καλύτερο…