Kuvittele kello niin vakaa, että se pystyy havaitsemaan Maan painovoiman pieniä vetoja muutaman millimetrin korkeuserossa. Kuulostaa tieteiselokuvalta? Ei enää. Singaporen Kvanttiteknologian keskus on esitellyt lutetiumiin perustuvan optisen atomikellon, joka laboratoriotesteissä voittaa kaikki aiemmat atomikellot.
Atomikellot pitävät aikaa seuraamalla elektronien siirtymiä energiatilojen välillä, kuin heiluri isäntäkellossa mutta paljon nopeammin ja tarkemmin. Kymmenien vuosien ajan seesium oli ajan standardi. Viime aikoina tutkijat ovat etsineet korkeampataajuisia värähtelijöitä, kuten ytterbiumia, strontiumia ja alumiinia, saadakseen jokaisesta sykäyksestä enemmän tarkkuutta. Lutetium osoittautuu erinomaiseksi uudeksi haastajaksi.
Lutetium sijaitsee lantanoidien sarjan loppupäässä, heti ytterbiumin jälkeen. Se on raskaampi ja, kelloille ratkaisevaa, vähemmän altis lämmönsäteilyn ja magneettikentän vaihteluiden aiheuttamalle häiriöille. Nämä ympäristöherkkyyden vähäisyydet näkyvät vakaampina sykäyksinä. Projektia johtava fyysikko Murray Barrett Singaporen kansallisesta yliopistosta sanoo laitteen säilyttävän vakauden äärimmäisissä oloissa, Kuolemanlaakson helteistä Etelämannerin kylmyyteen.
Singaporelainen tiimi käytti yli vuosikymmenen lutetiumin atomikäyttäytymisen kartoittamiseen ja kehitti menetelmän, jota he kutsuvat hyperfisenä keskiarvotuksena kellosiirtymän määrittämiseksi poikkeuksellisen selkeästi. Sitten he rakensivat kaksi identtistä lutetiumkelloa ja ajoivat niitä rinnakkain 200 tuntia. Parin saavuttama epävarmuus oli 5.7×10^-19, mikä tekee niistä tarkimman koskaan verratun atomikelloparin.
Kellon taajuus mitattiin 19 desimaalin tarkkuudella, ja epävarmuus oli alimmillaan 1×10^-19, mikä on pienin raportoitu epävarmuus millään optisella atomikellolla toistaiseksi.
Miksi tämä on merkittävää pelkkää kerskailua pidemmälle? Siksi, että tällaisella tarkkuudella ajanmittaus muuttuu työkaluksi pienten painovoiman ja korkeuden muutosten havaitsemisessa. Uusi lutetiumkello pystyy havaitsemaan ajan siirtymiä, joita aiheuttavat gravitaation erot muutaman millimetrin etäisyyksillä. Tämä avaa ovia tarkempaan geodeesiaan, maanalaisen kartoitukseen ja perustavanlaatuisten fysikaalisten ilmiöiden testaamiseen.
Kansainvälinen elin, joka valvoo aikastandardeja, BIPM, arvioi jo optisilta kelloilta saatua aineistoa mahdollisen sekunnin uudelleenmäärittelyn pohjaksi, todennäköisesti noin vuoden 2030 tienoilla tai sen jälkeen. Singaporen lutetiumkellon kaltaiset edistysaskeleet tulevat olemaan keskeisiä tässä keskustelussa.
Seuraavat askeleet tiimille ovat käytännöllisiä: pienentää laitteistoa ja tehdä siitä kannettava. Kenttään soveltuva lutetiumkello voisi muuttaa tapaa, jolla mittaamme maapalloa, kartoitamme luonnonvaroja ja synkronoimme teknologioita, jotka perustuvat erittäin tarkkaan aikaan. Jos sekunti voidaan määrittää näin tarkasti, millaisia uusia mittauksia se mahdollistaa?
"Olen biologi ja intohimoni on luonnon monimuotoisuus. Genomissa kirjoitan uusimmista tutkimuksista ja ympäristönsuojelusta."
Keskustelu
Jätä kommentti
Kommentit
Ei vielä kommentteja. Ole ensimmäinen.