Najpresnejšie hodiny začnú meškať až o 15 miliárd rokov

Americký Národný ústav štandardov a technológie (NIST) informoval, že vytvoril stronciové atómové hodiny, ktoré za obdobie 15 miliárd rokov nestratia ani neubehnú ani len o jednu sekundu. Pätnásť miliárd rokov je zhruba vek vesmíru. Ešte pred dvoma rokmi mali najpresnejšie hodiny odchýlku jednu sekundu za 100 miliónov rokov.

Presné meranie času sa využíva najmä v telekomunikácii, navigačných systémoch pri riadení družíc a sond a v mnohých ďalších oblastiach. Atómové hodiny sa však dajú použiť aj na meranie nadmorskej výšky či skúmaní kvantových vzťahov medzi atómami.

Experimentálne stronciové hodiny v inštitúte JILA patriaceho pod NIST sú po vylepšení ešte trikrát presnejšie, ako boli minulý rok. Stanovili tak nový svetový rekord. Sú precíznejšie a zároveň stabilnejšie. Precíznosť alebo presnosť znamená, ako sa hodiny dokážu priblížiť ku skutočnej rezonančnej frekvencii atómov stroncia pri tom, ako oscilujú medzi dvoma energetickými hladinami. Stabilita určuje ako presne sa jednotlivé „tiky“ hodín na seba podobajú.

Nové atómové hodiny sú také presné, že dokážu zmerať drobnučké zmeny v plynutí času a sily gravitácie v rôznej nadmorskej výške. Albert Einstein vo svojich teóriách relativity uviedol, že hodiny idú rýchlejšie vo vyššej nadmorskej výške. Horolezec na Mt. Evereste preto starne nepatrne rýchlejšie ako turista opaľujúci sa na pláži.

„Dosiahli sme takú presnosť, že dokážeme zmerať zmenu gravitácie, už keď zdvihneme hodiny 2 centimetre nad zemský povrch,“ uviedol Jun Ye z NIST, ktorý štúdiu publikoval v žurnále Nature Communications. „Sme blízko toho, aby sa atómové hodiny dali využiť v relativistickej geodézii.“ Relativistická geodézia by mala využívať sieť atómových hodín ako gravitačné senzory na presné trojrozmerné zmeranie tvaru Zeme.

V nových atómových hodinách je niekoľko tisíc atómov stroncia držaných vo valci s rozmermi 30 × 30 mikrometrov pomocou silných laserov tvoriacich optickú mriežku. Atómy stroncia v hodinách „tikajú“ rýchlosťou 430 biliónov úderov za sekundu. To je extrémna presnosť aj v porovnaní s oficiálnou definíciou jednej sekundy, ktorá je stanovená ako 9,2 miliardy oscilácií atómu cézia. Hodiny sú k tomu postavené tak, že vďaka radiačnému štítu fungujú pri normálnej izbovej teplote. To je ich ďalšia veľká výhoda pri použití na rôzne vedecké experimenty.