Valmistati täpseim aatomkell

Ameerika Standardite ja Tehnoloogia Instituudi (National Institute of Standards and Technology, NIST) Colorado osakonna füüsikud valmistasid rekordiliselt täpselt aatomkella, mille sekundi ebastabiilsus on üks osa 10^-18-st (loe siit). Kella tööpõhimõtteid kirjeldav artikkel on avaldatud arXiv eeltrükiserveris. Teadlased usuvad, et nende kell on nii täpne, et sellega saaks kaudselt mõõta Universumi vanust.

Väljavõte arXiv artiklist. Üterbiumi aatomid kannavad joonisel tähist "Yb-1" ja "Yb-2". Aatomite elektronkatte siirdesagedusi mõõdab fotokordisti "PMT".

Aja mõõtmise põhjalikkus on süvenenud teaduse arenguga käsikäes. Kellade üdiks on tiks, mida ühtlasema perioodiga, seda parem. Pisikesi, elektroonilisi tiksujaid – ostsillaatoreid leidub pea kõikjal: televiisoripuldis, sülearvutis, mobiiltelefonis ning globaalses positsioneerimissüsteemis. Kelladega mõõdetakse loodusseaduste paikapidavustki.

Kaasaja paremad autonoomsed kellad kasutavad täpsuse hoidmiseks looduslikku võrdlusallikat, aatomi elektronkatte energianivoode siirdesagedusi, iseäranis elektromagnetspektri ultravioletses, optilises või mikrolainete sagedusosas. Ameerika Standardite ja Tehnoloogia Instituudi teadlaste valmistatud aatomkell on senistest täpseim.

Sagedusmüra on olnud aatomkellade alaline probleem. NIST töörühm mõtles müra tasandamiseks välja laserkiirest ja peeglitest tehtud võrelõksu, mis suudab aatomeid lõksustada ja paigal hoida. Lõks täideti katseteks üterbiumi aatomitega, mida ergastati teise, lõksuvälise laserkiirega. Nii mõõdeti üterbiumi elektronkatte üleminekusagedusi, mida kella justeerimiseks kasutatakse. Uus aatomkell on sedavõrd täpne, et jääks 31 miljardi aasta jooksul  maha vähem kui sekundi.

Maailma täpseima kella ehitamine esitas aga probleemi: kuidas mõõtma täpseima kella täpsust? Teadlased otsustasid valmistada kaks ühesugust kella ning võrrelda nende ajanäidu suhtelist viga. Osutus, et vaadeldud ajavahemike jooksul ajanihet ei tekkinud.

Aatomkellaga saab näiteks mõõta gravitatsioonilist punanihet. Kahe eri kõrgusega Maa punkti vahel on erineva tugevusega gravitatsioonipotentsiaal. Teades potentsiaali, mille indikaatoriks on valguse punanihe gravitatsiooniväljas, saab tuletada nimetatud punktide kõrguste vahe. NIST töörühma hinnangul saab nende kellaga punanihet mõõta 1 cm täpsusega.

Allikas: Phys.org