FyzWeb  články
Nové optické hodiny slibují obrovskou přesnost2008-04-08 

Vědci z National Institute for Standards and Technology (NIST) ve Spojených státech amerických zkonstruovali optické hodiny, které dávají naději, že budou v blízké budoucnosti nejpřesnějšími hodinami na světě. Přesnost těchto hodin můžeme vyjádřit jako 10-17, což znamená, že se nezpozdí ani nepředejdou o více než 1 sekundu za 1017 sekund (zhruba 3 miliardy let).


Jaký je princip optických hodin?

Optické hodiny na rozdíl od běžných atomových hodin, které používají mikrovlnné (neviditelné) záření, využívají svazek laserového (viditelného) světla. Laserové světlo má podobu proudu fotonů, kterými je ostřelován ion. Frekvence světla je nastavena tak, že ion může absorbovat foton a přeskočit z nižšího do vyššího energetického stavu. Když je foton o chvilku později emitován (tj. vyslán), vrací se ion zpět do nižšího energetického stavu, takže to celé připomíná tikání hodin (sem-tam). Přeskakování je tak rychlé, že během jedné sekundy může proběhnout více než 9 000 000 000krát.


Které ionty se používají?

Till Rosenband s kolegy vybrali jako základ svých hodin osamocený ion hliníku, protože hliník nepodléhá tolik změnám teploty a není tak citlivý na elektrické pole jako rtuť, která je používaná ke konstrukci přesných hodin v současné době. Existuje však jistý problém: Přechod hliníku ze základního stavu do excitovaného (vyšší energie) je obtížné zkoumat přímo při interakci se světlem. Vědci proto použili ion beryllia, který umístili vedle hliníkového, takže vnitřní stav hliníkového iontu mohl být přenesen na berylliový ion. Tento vnitřní stav pak mohl být na berilliu dobře proměřen – k tomu se používá technika zvaná kvantová logická spektroskopie (quantum logic spectroscopy).


Kde se rýsuje využití velmi přesných hodin?

První možností je použití v satelitech GPS k určování polohy s přesností pouhých zlomků metru. Dále velká přesnost optických hodin vedla vědce z NIST ke zkoumání problému, zda konstanta jemné struktury, která vystupuje ve výrazech pro jemnou strukturu energetických hladin elektronů v atomech, se mění v čase. Měřením podílu frekvence hodin s hliníkem a rtutí zjistili, že konstanta jemné struktury se mění maximálně v řádu 10-17 za rok. Till Rosenband tvrdí: “Toto měření poměru frekvencí hliníkových a rtuťových hodin je vůbec nejpřesnějším měřením známé fyzikální konstanty.” Vědci z NIST věří, že hliník by mohl být možným kandidátem pro hodiny, které měří s přesností dokonce 1 ku 1 miliardě miliard, tedy 10-18. To by umožnilo vědcům ještě více zpřesnit měření konstanty jemné struktury.


Zpracoval: RNDr. Vojtěch Žák, Ph.D.

Zdroj: http://physicsworld.com/cws/article/news/33295, Michael Banks, Physics Word





Doporučit článek

Od:
Komu:
Antispam: