Fizicieni de la Institutul Naţional pentru Standarde şi Tehnologii (National Institute of Standards and Technology – NIST) din Boulder, Colorado, SUA, au creat unul dintre cele mai exacte ceasuri atomice construite vreodată, pe care doresc să-l folosească pe post de sistem de referinţă pentru a defini unităţile de timp, transmite joi Live Science, potrivit Agerpres.
O deviație de mai puțin de o secundă în 100 de milioane de ani
Folosind oscilaţiile atomilor de cesiu sub influenţa microundelor, ceasul atomic NIST-F4 este atât de exact încât dacă ar fi fost pornit în urmă cu 100 de milioane de ani, pe vremea dinozaurilor, ar fi deviat cu mai puţin de o secundă până în prezent, conform creatorilor săi.
Cercetătorii au publicat detaliile ceasului atomic NIST-F4 la data de 15 aprilie în jurnalul Metrologia. Pornit începând din aprilie 2025, noul ceas aşteaptă verificarea şi aprobarea pentru a fi introdus în grupul celor aproximativ 450 de ceasuri atomice din întreaga lume în funcţie de care este definit standardul Coordinated Universal Time (UTC), sistemul global pentru măsurarea ultraprecisă a intervalului de timp de o secundă.
Timpul, un reper global în economie și tehnologie
Semnalele temporale sunt „folosite literalmente de miliarde de ori în fiecare zi pentru diferite activităţi, de la setarea ceasurilor până la asigurarea ştampilării temporale precise a sutelor de miliarde de dolari în tranzacţii financiare electronice”, a declarat Liz Donley, şefa Diviziei Timp şi Frecvenţă din cadrul NIST.
Cum funcționează un ceas atomic sursă
Spre deosebire de ceasurile obişnuite, ceasurile atomice, utilizate ca sisteme de referinţă pentru măsurarea timpului, folosesc vibraţia atomilor.
NIST-F4 este un tip de ceas atomic cunoscut drept ceas sursă (fountain clock), ce conţine un nor de mii de atomi de cesiu ce sunt răciţi până aproape de zero absolut folosind raze laser. Atomii sunt proiectaţi în sus sub impulsul asigurat de o pereche de unde laser, apoi cad sub propria greutate în timp ce trec printr-un fascicol de microunde care îi fac să oscileze.
Cuantificarea acestei frecvenţe (ce se produce de 9.192.631.770 de ori pe secundă) le permite cercetătorilor să definească cu precizie standardul internaţional al secundei.
O provocare inginerească de finețe: reducerea zgomotului de fundal
Însă aceasta este partea relativ simplă. Pentru a asigura fiabilitatea ceasului atomic NIST-F4, cercetătorii au trebuit să ţină cont de fiecare sursă minusculă de zgomot de fundal – fie că este vorba de efecte cuantice, de scurgerea de microunde şi de efecte de lentilă, precum şi de distorsiuni subtile în câmpul electromagnetic generat de lasere.
Ei au început să facă aceste ajustări în 2020, la patru ani după ce primul ceas atomic al agenţiei, NIST-F1, a fost scos din uz pentru restaurare.
„Evaluarea unui ceas sursă aşa cum este NIST-F4 este un proces lent”, a declarat coordonatorul studiului, Vladislav Gerginov, fizician la NIST care a lucrat al noul design. „Trebuie să fim foarte conservatori. Trebuie să ştim totul despre el”.
Precizie extremă: abatere de o secundă la 140 de milioane de ani
Rezultatul a fost un ceas atomic cu o incertitudine sistemică totală de doar 2.2×10 la puterea -16, un nivel de precizie uluitor ce presupune devierea cu mai puţin de o secundă la fiecare 140 de milioane de ani. Această întârziere extrem de subtilă este provocată de zgomotul de fundal rezultat din inerenţa proceselor aleatorii din măsurătorile cuantice, un factor ce ar putea fi redus şi mai mult, conform oamenilor de ştiinţă prin folosirea unor oscilatoare mai bune şi prin îmbunătăţirea răcirii prin laser.
Două ceasuri sincronizate pentru o măsurare continuă a timpului
Ceasul atomic NIST-F4 va fi folosit în tandem cu precursorul său, ceasul atomic NIST-F3. Ceasul mai nou va funcţiona aproximativ 90% din timp şi cel puţin unul dintre cele două ceasuri sursă va fi funcţional în orice moment. Datele de la cele două ceasuri sunt trimise periodic la Biroul Internaţional de Măsuri şi Greutăţi (BIPM) pentru a calibra standardul internaţional UTC.
