Jump to content
Forum Kopalni Wiedzy
KopalniaWiedzy.pl

Najbardziej precyzyjny zegar w historii – sekunda różnicy na istnienie wszechświata

Recommended Posts

Jeszcze niedawno najbardziej precyzyjnym zegarem atomowym był australijski Kriogeniczny Oscylator Szafirowy (Zegar Szafirowy). Teraz fizycy z amerykańskiego Narodowego Instytutu Standardów i Technologii (NIST) stworzyli zegar, który może spóźnić się lub przyspieszyć o 1 sekundę raz na... 14 miliardów lat. O tyle pomyliłby się, gdyby istniał od początku wszechświata. Zegar jest tak stabilny, że odchylenie pomiędzy poszczególnymi pomiarami odcinków czasu może wynieść 0,000000000000000032% na dobę.

Nowy zegar jest tak precyzyjny, że może posłużyć do wykrywania ciemnej materii, mierzenia fal grawitacyjnych oraz niezwykle precyzyjnego określania kształtu pola grawitacyjnego Ziemi.

Okazuje się, że jeśli mamy możliwość bardzo precyzyjnego pomiaru czasu, to zyskujemy mikroskop do badania wszechświata, mówi fizyk Andrew Ludlow, szef grupy naukowej, która skonstruowała zegar.

Pierwszy w historii zegar atomowy powstał w NIST w 1949 roku. Wykorzystywano w nim częstotliwość mikrofal emitowanych przez molekułę amoniaku. Nie był on jednak na tyle precyzyjny, by użyć go do wyznaczaniu standardowego czasu. Pierwszy precyzyjny zegar atomowy, wykorzystujący drgania atomów cezu, powstał w 1955 roku w Wielkiej Brytanii. Pierwsze cezowe zegary atomowe dzieliły sekundę na ponad 9 miliardów odcinków.

Urządzenie skonstruowane właśnie w NIST to zegar z siecią optyczną, który korzysta z atomów iterbu i dzieli sekundę na... 500 bilionów równych fragmentów. Cez pozwala na zbudowanie wspaniałego zegara atomowego, ale dotarliśmy do fizycznych granic tego pierwiastka. Iterb może podzielić czas na znacznie mniejsze odcinki, zwiększając tym samym precyzję pomiaru, wyjaśnia Ludlow.

Zegary z siecią optyczną istnieją od około 15 lat i wciąż znajdują się we wczesnej fazie rozwoju. Naukowcy wciąż je dostrajają, zwiększając precyzję.

W najnowszym zegarze największe postępy uczyniono dzięki zastosowaniu osłony cieplnej opracowanej kilka lat temu przez Ludlowa. Chroni ona atomy iterbu przed temperaturą i polem elektrycznym, które mogą zaburzać ich naturalne drgania. Chcemy być pewni, że gdy mierzymy drgania atomu, to dokonujemy pomiaru tego, co dała nam Matka Natura, co nie jest zaburzane przez wpływy zewnętrzne, dodaje Ludlow.

Dzięki niezwykłej precyzji drgań zegar oparty na atomie iterbu może wykrywać zmiany w polu grawitacyjnym planety. Jak wiemy z ogólnej teorii względności, czas płynie różnie w zależności od tego, w którym miejscu pola grawitacyjnego się znajdujemy. Na szczycie góry, z dala od jądra Ziemi, płynie on nieco szybciej, niż u jej podnóża.

Większość zegarów nie jest wystarczająco precyzyjna, by zmierzyć tak niewielką różnicę. A jest ona naprawdę minimalna. Jeśli umieścimy jeden wystarczająco precyzyjny zegar u podnóża góry, a drugi na jej szczycie i oba zegary będzie dzieliło 1000 metrów w pionie, to po 10 latach różnica we wskazanym czasie wyniesie 31/1000000 sekundy.

Nowy zegar jest tak precyzyjny, że zarejestrowałby różnicę czasu związaną ze zmianą wysokości o... 1 centymetr. Przy tak olbrzymiej precyzji można pokusić się o użycie zegara do wykrywania ciemnej materii i fal grawitacyjnych.

Mimo tego, że zegar jest niezwykle precyzyjny, jego konstruktorzy nie powiedzieli ostatniego słowa. Mamy już kilka pomysłów, jak można pewne rzeczy przebudować, by uzyskać jeszcze większą precyzję, mówi Ludlow.


« powrót do artykułu

Share this post


Link to post
Share on other sites

Jeśli w artykule nie jest mowa o Polsce fajnie by było podać info z jakiego kraju jest ten narodowy instytut, tym bardziej że akronim pasował by też do polskiej instytucji.

Share this post


Link to post
Share on other sites

@dexx

Mam rozumieć że pomyliłeś `National Institute of Standards and Technology` z `Narodowy Instytut Samorządu Terytorialnego` przez to że zabrakło informacji o tym że nie chodzi o polską instytucję? Innego "rozsądnego" wyniku na horyzoncie nie widać...

Share this post


Link to post
Share on other sites

Nie po prostu chodziło o to żeby nie trzeba było googlować. Jak się podaje: "Narodowego Instytutu Standardów i Technologii (NIST)" to zauważ że wygląda jak by ktoś podał polską nazwę i akronim. 

Gdyby w artykule było na przykład o Narodowym Instytucie Sprawiedliwości (NSJ), wiadomo by było że akronim nie pasuje do spolszczonej nazwy.

W tym artykule tylko nazwisko szefa grupy naukowej może zasugerować że to nie Polska instytucja, stąd moja luźna sugestia, żeby już na początku podąć tą informację.

Edited by dexx
  • Like (+1) 1

Share this post


Link to post
Share on other sites

Zaraz dodam akronim, od przyszłych postów będzie pojawiać się informacja w dymku.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Precyzyjnie dzielą to co niepodzielne. Dzielenie czasu w stosunku do sekundy to dziwna sprawa. Przecież nasze odczucie czasu lub właśnie jego upływanie może być różne we wszechświecie i może gdzieś indziej ta sama sekunda trwa więcej lub mniej, albo wcale. Takie to ludzkie. To jest właśnie ta cywilizacja?

Share this post


Link to post
Share on other sites

Create an account or sign in to comment

You need to be a member in order to leave a comment

Create an account

Sign up for a new account in our community. It's easy!

Register a new account

Sign in

Already have an account? Sign in here.

Sign In Now

  • Similar Content

    • By KopalniaWiedzy.pl
      Grupa naukowców położyła fundamenty pod skonstruowanie niezwykle dokładnego zegara atomowego. Zegara, który może pomylić się o 1/10 sekundy w ciągu 14 miliardów lat.
      Takie urządzenie byłoby przydatne do nawiązywania bezpiecznej łączności oraz posłużyłoby do zbadania postaw fizyki. Obecnie najdokładniejszy zegar atomowy świata - brytyjski CsF2 - może wykazać odchylenie o 1 sekundę na 138 milionów lat.
      Obecnie używane zegary atomowe są wystarczająco dokładne do większości zastosowań. Są jednak takie dziedziny, w których posiadanie dokładniejszego zegara jest bardzo pożądane - mówi profesor Alex Kuzmich z Georgia Institute of Technology. Oprócz fizyków z Georgii w pracach zespołu brali udział naukowcy z australijskiego University of New South Wales oraz University of Nevada.
      Zegary atomowe do pomiaru czasu wykorzystują drgania elektronów w atomach wywoływane przez działanie laserów. Jednak elektrony są podatne na oddziaływanie pola elektrycznego i magnetycznego, co zaburza ich dokładność. Naukowcy z USA i Australii wpadli na pomysł, by zamiast elektronów wykorzystać neutrony, które są cięższe i gęściej upakowane, zatem mniej podatne na wpływy zewnętrzne. Zegar neutronowy powinien być zatem dokładniejszy od opartego na elektronach.
      W naszym artykule pokazaliśmy, że za pomocą lasera można tak wpłynąć na orientację elektronów, że będziemy mogli wykorzystać neutrony w roli wahadła odmierzającego czas. Jako, że neutrony są gęsto upakowane, czynniki zewnętrzne nie będą miały niemal żadnego wpływu na ich drgania - mówi Corey Campbell, główny autor artykułu.
      Uczeni proponują wykorzystać petahercowy (1015) laser do wzbudzenia jonu toru 229. Taki zegar będzie pracował tylko w bardzo niskich temperaturach, rzędu ułamków kelwina. Zwykle takie temperatury uzyskuje się za pomocą lasera, jednak tutaj będzie to stanowiło problem, gdyż laser jest wykorzystywany do wzbudzenia jonów. Naukowcy zaproponowali użycie jonu toru 232 obok toru 229. Tor 232 reaguje na inną częstotliwość światła lasera niż tor 229. Cięższy jon miałby zostać schłodzony i schłodzić cały system, bez wpływania na oscylacje toru 229.
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Najbardziej dokładnym zegarem na świecie jest brytyjski zegar atomowy wykorzystywany przez National Physical Laboratory (NPL). Do takich wniosków doszli autorzy artykułu, który ukaże się w piśmie Metrologia. Zegar jest dwukrotnie bardziej dokładny niż sądzono. Może on spóźnić się lub przyspieszyć o sekundę raz na 138 milionów lat.
      Zegar CsF2 wykorzystuje atomy cezu, a konkretnie ich spin, do odmierzania czasu. Zgodnie z obecnie obowiązującą międzynarodową definicją sekunda to czas potrzebny do uzyskania 9 192 631 770 okresów promieniowania, które odpowiadają przejściom cezu pomiędzy poziomem F=3 i F=4.
      W brytyjskim zegarze atomy cezu łączone są w grupy po około 100 milionów i przesyłane do specjalnej komory, gdzie są poddawane oddziaływniu pola magnetycznego. CsF2 to jeden z sześciu zegarów na świecie, które wyznaczają standardowy czas. Dwa inne zegary znajdują się we Francji oraz po jednym w USA, Niemczech i Japonii. Synchronizacja ich pomiarów jest dokonywana w Międzynarodowym Biurze Wag i Miar.
      Pomiary, dzięki którym wiemy, że brytyjski zegar jest dwukrotnie bardziej dokładny, niż sądzono, i że jest najdokładniejszym zegarem na świecie zostały wykonane przez Krzysztofa Szymańca i jego kolegów z Pennsylvania State University.
    • By KopalniaWiedzy.pl
      W amerykańskim Narodowym Instytucie Standardów i Technologii powstał najdokładniejszy zegar atomowy na świecie. Bazuje on na pojedynczym atomie glinu i jest dwukrotnie bardziej dokładny niż jego wcześniejsza wersja korzystająca z atomu rtęci.
      Dokładność nowego zegara wynosi jedną sekundę na około 3,7 miliarda lat.
      Urządzenie to druga wersja "zegara z kwantową logiką". Został on tak nazwany, gdyż korzysta technologii obliczeniowych powstających na potrzeby przyszłych komputerów kwantowych.

      Zegary atomowe powstające na potrzeby nauki są daleko bardziej dokładne niż standardy czasu wyznaczane dla zastosowań "cywilnych". W USA taki standard wyznacza cezowy zegar NIST-F1, którego dokładność wynosi "zaledwie" 1 sekundę na 100 milionów lat. Paradoksalnie jest on, oficjalnie, najdokładniejszym zegarem na świecie. Międzynarodowa definicja (SI) określająca czym jest sekunda, korzysta właśnie z jednostki opisanej za pomocą zachowania atomu cezu, a więc, formalnie, zegar atomowy oparty na cezie jest najdokładniejszym urządzeniem do odmierzania czasu.
      Jak już wspomniano, nowy zegar korzysta z pojedynczego jonu glinu, umieszczonego w pułapce z pola elektrycznego. Jon wibruje z częstotliwością równą częstotliwości fali światła ultrafioletowego, a ta jest 100 000 razy wyższa, niż częstotliwość wykorzystana w NIST-F1 i innych podobnych zegarach na świecie.
      Niewykluczone, że w przyszłości cez straci swoją pozycję na rzecz glinu i to właśnie ten pierwiastek posłuży do opracowania nowego międzynarodowego standardu czasu.
      Tymczasem badacze z NIST pracują nad pięcioma różnymi zegarami atomowymi, korzystającymi z różnych pierwiastków i charakteryzującymi się różnymi właściwościami.
    • By KopalniaWiedzy.pl
      National Institute of Standards Technology (NIST) poinformował o stworzeniu nowego typu zegara atomowego. Urządzenie, wykorzystujące rtęć niemal 6-krotnie bardziej precyzyjnie odmierza czas, niż stosowane obecnie zegary korzystające z cezu.
      Wykorzystywany obecnie cezowy NIST-F1 jest tak dokładny, że może spóźnić się lub przyspieszyć o 1 sekundę w ciągu 70 milionów lat. Nowy zegar korzystający z rtęci charakteryzuje się dokładnością rzędu 1 sekundy na 400 milionów lat.
      Eksperymentalne urządzenie wykorzystuje częstotliwość drgań atomów rtęci. Same atomy są elektrycznie naładowane i przetrzymywane w wyjątkowo niskich temperaturach.
      Dzięki nowemu zegarowi naukowcy z NIST chcę przeprowadzać bardziej precyzyjne eksperymenty oraz opracować bardziej dokładne urządzenia, który polegają na pracy zegarów atomowych, takie jak GPS.
      Obecnie stosowane międzynarodowe standardy, które określają czym jest sekunda, bazują na pomiarach zegarów cezowych. NIST uważa, że minie 5 do 10 lat zanim zegary oparte na rtęci wyprą te cezowe i standardy zostaną zmienione.
       
×
×
  • Create New...