Kutatók egy olyan atomórán dolgoznak, amellyel a másodpercet is újradefiniálnák

Kutatók olyan új megközelítést fejlesztettek ki az optikai atomórák terén, amely közelebb hozza a tudomány egyik régóta vágyott célját, vagyis a másodperc újradefiniálását.

A másodpercet 1967 óta a cézium két hiperfinom alapállapota közötti átmenet határozza meg, de hamarosan egy ennél pontosabb meghatározás válhat szabvánnyá, az áttörés első lépése pedig már meg is történt. Az utóbbi években bebizonyosodott, hogy az új optikai atomórák akár ezerszer pontosabbak lehetnek, mint azok, amelyek a jelenlegi definíció alapját képezik. Ezek az órák sorra döntötték meg a pontossági rekordokat, de az új definíció bevezetéséhez szükséges órák összehasonlítása rendkívül bonyolult és időigényes feladat. A frekvenciaarányok, azaz az órák közötti eltérések mérése sokszor napokig tart. Az új, többionos kialakítás viszont skálázható, és tíz ion használatával a mérési idő tízszer gyorsabb, írja az IFLScience.

Louis Essen és J. V. L. Parry a világ első cézium atomórája mellett 1955-ben. National Physical Laboratory

Ez önmagában is nagy előrelépés, de a kutatók még tovább mentek. Ahhoz, hogy újradefiniálják a másodpercet, a frekvenciaarány hibájának 5×10⁻¹⁸ vagy annál kisebbnek kell lennie – kevesebb mint öt milliárd-milliárdnyi egység. A kutatócsoportnak azonban sikerült elérnie ezt a pontosságot. Tanja Mehlstäubler professzor az IFLScience-nak elmondta, hogy összehasonlítottak egy klasszikus, egyionos órát az új példánnyal és mindkét óra hibája befolyásolta az összesített mérési hibát, mivel a frekvenciaarány mérése az egyik alapvető mérföldkő a másodperc újradefiniálásához. A szabvány szerint többen is képesek 5×10⁻¹⁸ alatti értéket mérni, akkor léphetnek az új másodperc irányába. „Ezért volt számunkra fontos átlépni ezt a határt. Ez valóban világrekord, mert eddig senki sem hasonlított össze két különböző optikai órát ezen a szinten.”

Az eredmény nagy bizakodásra ad okot, de ez még mindig csak a kezdet. A 2019-es elméleti munkák már megmutatták, hogy a többionos órák tovább csökkenthetik a bizonytalanságot, akár 1×10⁻¹⁹ szintre is. Jonas Keller, a tanulmány egyik szerzője elmondta, hogy „elméletben már bemutattuk, hogy ez lehetséges, de a gyakorlati megvalósítás kihívást jelent”. Az új definíció mellett ezek az órák hihetetlen alkalmazásokkal bírnak. Képesek érzékelni a legkisebb gravitációs hatásokat is, így megmutathatják, ha néhány milliméterrel elmozdulnak. Használhatók a Föld mozgásának, a jégtakarók olvadása és a permafroszt olvadása miatti felszínváltozások nyomon követésére. Az ilyen órák új távlatokat nyitnak az általános relativitáselmélet és a kvantummechanika kutatásában.

Mehlstäubler professzor szerint „fantasztikus olyan területen dolgozni, ahol ilyen precíz mérések lehetségesek, mert minél pontosabban mérünk, annál több meglepetést fedezhetünk fel”.

Érdemes elolvasni:

• Videó: Most először rögzített biztonsági kamera egy meteoritbecsapódást
• Egy magyar céget bízott meg az Európai Űrűgynökség, hogy vizet találjanak a Holdon
• Egy rejtélyes részecskének köszönhetjük, hogy létezik az univerzum?