Ten zegar wyznacza nowy rekord dokładności. Pomyli się o sekundę dopiero po miliardach lat
Rozwój cywilizacji wymaga coraz dokładniejszych narzędzi pomiarowych. Nowy zegar optyczny zbudowany przez naukowców z Chin potrafi mierzyć czas z taką precyzją, że pomyli się o jedną sekundę dopiero po miliardach lat.
Wyobraźmy sobie zegar, który zaczyna odmierzać czas dziś i robi to przez okres dłuższy niż wiek Wszechświata, a przy tym nie pomyli się nawet o jedną sekundę. Niemożliwe? A jednak.
Taką właśnie dokładność osiągnęli badacze z University of Science and Technology of China, konstruując nowy zegar optyczny oparty na atomach strontu. Według wyników opublikowanych w czasopiśmie Metrologia urządzenie ma stabilność i niepewność pomiaru przekraczającą poziom 10⁻¹⁹. W praktyce oznacza to błąd mniejszy niż jedna sekunda w ciągu około 30 miliardów lat.
Jak działa zegar optyczny?
Zegary optyczne są dziś najdokładniejszymi urządzeniami do pomiaru czasu. W przeciwieństwie do klasycznych zegarów atomowych nie mierzą one mikrofalowych przejść energetycznych atomów, lecz wykorzystują częstotliwość światła emitowanego przez elektrony zmieniające poziomy energii. W nowym urządzeniu wykorzystano atomy strontu uwięzione w tzw. sieci optycznej, czyli strukturze utworzonej przez interferujące wiązki laserowe.
Precyzja takiego pomiaru jest ogromna, ponieważ częstotliwości światła są wielokrotnie wyższe niż częstotliwości mikrofal. Dzięki temu każda sekunda może być "podzielona" na znacznie większą liczbę drgań, co pozwala mierzyć czas z niespotykaną dotąd dokładnością.
Dlaczego tak precyzyjny czas jest potrzebny?
No my, na co dzień nie potrzebujemy aż tak dokładnego odmierzania czasu. A przynajmniej jeśli chodzi o tradycyjne zegarki na rękę czy nasze budziki. Bo zegary optyczne mają bardzo praktyczne zastosowania i to takie, z których korzystamy. Mogą dostarczać ultradokładnych wzorców czasu dla systemów nawigacji satelitarnej, telekomunikacji czy precyzyjnych pomiarów naukowych. Są także narzędziem do testowania fundamentalnych praw fizyki, w tym teorii względności.
Dokładność na poziomie 10⁻¹⁹ otwiera zupełnie nowe możliwości badań. Tak precyzyjne zegary mogą pozwolić na pomiary różnic potencjału grawitacyjnego odpowiadających zmianom wysokości rzędu milimetrów. W praktyce oznacza to potencjalne zastosowanie w monitorowaniu deformacji skorupy ziemskiej, zmian poziomu wód gruntowych czy aktywności wulkanicznej, a także w dokładniejszym wyznaczaniu geoidy.
Nowy poziom dokładności pomiaru czasu
Dotychczas większość zegarów optycznych na świecie osiągała stabilność i niepewność na poziomie około 10⁻¹⁸. Jedynie kilka wiodących instytucji, takich jak amerykański National Institute of Standards and Technology czy niemiecki Physikalisch-Technische Bundesanstalt, zbliżyło się do tego poziomu precyzji.
Nowy wynik pokazuje jednak, że możliwe jest jeszcze dokładniejsze odmierzanie czasu. Autor publikacji wskazuje, że technologia ta może w przyszłości umożliwić budowę przenośnych oraz kosmicznych zegarów optycznych. Takie urządzenia mogłyby wspierać kolejną generację systemów nawigacji satelitarnej, testy fundamentalnych praw fizyki, a nawet stworzenie globalnego, ultradokładnego standardu czasu.
Źródło: University of Science and Technology of China
Publikacja: Zhi-Peng Jia et al, Improved systematic evaluation of a strontium optical clock with uncertainty below 1X10-18, Metrologia (2026). DOI: 10.1088/1681-7575/ae449e
