Το πιο ακριβές ρολόι που φτιάχτηκε ποτέ – Θα αλλάξει τον τρόπο που μετράμε το δευτερόλεπτο

Κινέζοι επιστήμονες κατασκεύασαν ένα από τα πιο ακριβή ρολόγια που έχουν δημιουργηθεί ποτέ. Μάλιστα, η ακρίβειά του είναι τόσο εντυπωσιακή, ώστε θα μπορούσε στο μέλλον να οδηγήσει ακόμη και σε έναν νέο ορισμό του δευτερολέπτου, δηλαδή της βασικής μονάδας μέτρησης του χρόνου.

Το συγκεκριμένο ρολόι ανήκει στην κατηγορία των λεγόμενων οπτικών ρολογιών και έχει μια απίστευτη επίδοση: χάνει ή κερδίζει λιγότερο από ένα δευτερόλεπτο σε διάστημα περίπου 30 δισεκατομμυρίων ετών. Για να γίνει κατανοητό το μέγεθος αυτής της ακρίβειας, οι ερευνητές εξηγούν ότι αν λειτουργούσε συνεχώς για περισσότερο από το διπλάσιο της ηλικίας του σύμπαντος, η απόκλισή του θα ήταν μόλις ένα δευτερόλεπτο. Η ομάδα που το ανέπτυξε εργάζεται στο Πανεπιστήμιο Επιστήμης και Τεχνολογίας της Κίνας.

Τα οπτικά ρολόγια θεωρούνται σήμερα οι πιο ακριβείς συσκευές μέτρησης του χρόνου. Μπορούν να υπολογίσουν τη διάρκεια ενός δευτερολέπτου με ακρίβεια που φτάνει μέχρι και τα 19 δεκαδικά ψηφία. Η λειτουργία τους βασίζεται σε ένα φαινόμενο της ατομικής φυσικής: μετρούν τη συχνότητα του φωτός που εκπέμπεται όταν τα ηλεκτρόνια μετακινούνται ανάμεσα σε διαφορετικά ενεργειακά επίπεδα μέσα στα άτομα.

Η τεχνολογία αυτή δεν αφορά μόνο τα εργαστήρια φυσικής. Τα ρολόγια τόσο υψηλής ακρίβειας χρησιμοποιούνται ήδη σε κρίσιμες εφαρμογές της σύγχρονης τεχνολογίας. Παρέχουν εξαιρετικά ακριβή χρονικά σήματα για δορυφορικά συστήματα πλοήγησης, τηλεπικοινωνιακά δίκτυα και συστήματα μέτρησης υψηλής ακρίβειας. Παράλληλα, βοηθούν τους επιστήμονες να ελέγχουν θεμελιώδεις νόμους της φυσικής και να αναζητούν φαινόμενα όπως τα βαρυτικά κύματα ή ακόμη και ενδείξεις για τη σκοτεινή ύλη.

freepik

Μέχρι πρόσφατα, οι επιστήμονες δυσκολεύονταν να κατασκευάσουν ρολόγια με ακρίβεια που να ξεπερνά το επίπεδο του 10⁻¹⁹, δηλαδή συσκευές που θα εμφάνιζαν απόκλιση ενός δευτερολέπτου μετά από δεκάδες δισεκατομμύρια χρόνια λειτουργίας. Η νέα αυτή επίδοση, σύμφωνα με μελέτη που δημοσιεύθηκε στο επιστημονικό περιοδικό Metrologia, ανοίγει τον δρόμο για πολλές νέες εφαρμογές.

Ένα τόσο ακριβές ρολόι θα μπορούσε, για παράδειγμα, να επιτρέψει μετρήσεις της βαρύτητας και του υψομέτρου με ακρίβεια χιλιοστού. Αυτό σημαίνει ότι θα μπορούσε να βοηθήσει τους επιστήμονες να παρακολουθούν μικρές παραμορφώσεις στον φλοιό της Γης, αλλαγές στα υπόγεια ύδατα ή ακόμη και λεπτές μεταβολές που σχετίζονται με την ηφαιστειακή δραστηριότητα.

Η εξέλιξη αυτή συνδέεται και με τον τρόπο που ορίζεται σήμερα το δευτερόλεπτο. Μέχρι το 1967 ο χρόνος βασιζόταν απλώς στη διάρκεια της ημέρας. Από τότε όμως το Διεθνές Σύστημα Μονάδων ορίζει το δευτερόλεπτο ως 9.192.631.770 ταλαντώσεις ενός ατόμου καισίου-133. Παρότι αυτός ο ορισμός θεωρείται εξαιρετικά ακριβής, τα οπτικά ρολόγια δείχνουν ότι υπάρχει ακόμη μεγαλύτερο περιθώριο βελτίωσης.

Οι επιστήμονες σημειώνουν επίσης ότι η νέα αυτή τεχνολογία μπορεί να συμβάλει και σε νέες μεθόδους ανίχνευσης της σκοτεινής ύλης. Τα εξαιρετικά ευαίσθητα αυτά ρολόγια ενδέχεται να ανιχνεύουν πολύ χαμηλής συχνότητας σήματα που θα μπορούσαν να προέρχονται από πιθανές αλληλεπιδράσεις της σκοτεινής ύλης με την κανονική ύλη.

Για να αλλάξει επίσημα ο ορισμός του δευτερολέπτου, θα πρέπει να λειτουργούν τουλάχιστον τρία τέτοια οπτικά ρολόγια σε διαφορετικά επιστημονικά ιδρύματα και να παρουσιάζουν την ίδια εξαιρετική σταθερότητα και ακρίβεια. Ήδη δύο ακόμη ρολόγια έχουν φτάσει σε αυτό το επίπεδο. Αν προστεθούν περισσότερα, οι επιστήμονες εκτιμούν ότι ο επαναπροσδιορισμός του δευτερολέπτου ίσως να μην αργήσει.