Obecnie sekundę definiuje się na podstawie zachowania atomów cezu. Jest to standard ustanowiony w 1967 roku, który jak dotąd nie był aktualizowany. Nowy zegar opracowany przez naukowców może to wkrótce zmienić. Poziom precyzji oferowany przez niego jest wyższy o współczynnik 1000.
Jednym z głównych problemów stojących przed naukowcami starającymi się stworzyć nową definicję sekundy jest trudność porównania dokładności różnych typów zegarów atomowych z odpowiednio wysoką precyzją. Proces obejmujący pomiar stosunków częstotliwości między konkretnymi zegarami jest niezwykle czasochłonny i trwa zazwyczaj wiele dni. Sytuację jednak zmienia teraz nowoopracowany zegar wielojonowy. Jak sama nazwa wskazuje, dzięki wykorzystaniu wielu jonów zegar ten znacząco przyspiesza proces porównywania. Zależność jest tutaj prosta. Zegar wykorzystujący 10 jonów wykonuje pomiary dziesięciokrotnie szybciej niż zegar wykorzystujący tylko jeden jon.
Czytaj także: Przez miliardy lat nie spóźni się ani o sekundę. Chińczycy stworzyli nowy zegar atomowy
Jak donoszą naukowcy, zespołowi badawczemu udało się zademnostrować wyjątkową dokładność swojego zegara. W ramach eksperymentu zegar wielojonowy został porównany do zegara jednojonowego, który pracuje już od ponad dekady. To innowacyjne rozwiązanie pozwoliło naukowcom osiągnąć współczynnik częstotliwości poniżej 5×10-18. Oznacza to tak naprawdę osiągnięcie punktu odniesienia wymaganego do redefinicji sekundy. Nigdy wcześniej nie udało się porównać dwóch różnych typów zegarów optycznych z tak wysoką precyzją.
Co ważne, chociaż jest to iście przełomowe osiągnięcie, to nie jest to jeszcze koniec prac. Teraz naukowcy muszą skupić się na dalszych badaniach i udoskonaleniach, bowiem badania wskazują, że zegary wielojonowe są w stanie osiągnąć nawet wyższą dokładność, schodząc do poziomu niepewności rzędu 10×10-19.
Implikacje tego postępu wykraczają poza samo zdefiniowanie sekundy. Takie niezwykle precyzyjne zegary atomowe posiadają niezwykłą zdolność wykrywania drobnych efektów grawitacyjnych, wychwytywania zmian wysokości rzędu kilku milimetrów. To z kolei oznacza, że będzie można je wykorzystać do zadań takich jak śledzenie ruchu Ziemi i monitorowanie zmian wysokości mas lądowych na skutek topnienia lodowców.
Czytaj także: Przełom w dziedzinie pomiaru czasu. Naukowcy mogą teraz zbudować ultraprecyzyjny zegar jądrowy
Co więcej, zegary te mają potencjał, aby przesunąć granice naszego zrozumienia ogólnej teorii względności i mechaniki kwantowej. To może być podstawa do zwiększenia naszej świadomości procesów fizycznych zachodzących we wszechświecie praktycznie w każdej skali.
Opracowanie zatem wielojonowego optycznego zegara atomowego jest świadectwem nieustannego dążenia do poznawania otaczającej nas rzeczywistości. Wspinając się na coraz wyższe poziomy dokładności pomiarów, jesteśmy w stanie dostrzegać coraz to nowe procesy, o której istnieniu wcześniej mogliśmy nie wiedzieć.