Najprecizniji časovnici na svetu ne koriste klatno niti kvarcni kristal. Oni mere izuzetno stabilne promene energije unutar atoma. Savremeni optički atomski satovi toliko su precizni da bi, u idealnim uslovima, morali da rade duže od starosti svemira da bi pogrešili čitavu sekundu.
Tim nemačkih istraživača sada je uporedio dva sata zasnovana na različitim atomima i postigao nesigurnost manju od pet delova na milijardu milijardi. Posebno je važno što jedan od uređaja nije stalno vezan za istu laboratoriju, već može da se prenosi i koristi za poređenja na drugim lokacijama.
Naučni rad objavljen je 3. avgusta u 8.48 časova po univerzalnom vremenu. Autori su uporedili optičku frekvenciju jednog jona iterbijuma sa prelazom u atomima stroncijuma i postigli relativnu nesigurnost od 4,3 puta 10 na minus 18, više nego tri puta bolju od prethodnih rezultata tog tipa.
Običan atomski sat koristi mikrotalasni prelaz u atomu cezijuma. Zvanična definicija sekunde zasniva se upravo na određenom broju oscilacija tog prelaza. Optički satovi koriste znatno više frekvencije, odnosno „brže otkucaje“, pa mogu finije da podele vreme.
Poređenje dva različita atoma posebno je važno jer svaki sistem ima svoje prednosti i izvore greške. Stroncijum se često koristi u optičkoj rešetki u kojoj je veliki broj atoma zarobljen laserskom svetlošću. Iterbijumov jon može biti izolovan i kontrolisan pojedinačno, što omogućava izuzetno precizna merenja posebnog energetskog prelaza.
Kada se njihove frekvencije uporede, naučnici dobijaju odnos koji bi trebalo da bude isti bez obzira na vreme i mesto. Ukoliko se rezultat ponavlja tokom više kampanja i u različitim uslovima, raste poverenje da satovi zaista rade na očekivanom nivou.
Eksperiment je trajao gotovo dve godine, a prenosivi stroncijumski sat povremeno je radio i izvan matične ustanove. Rezultati četiri odvojene kampanje bili su međusobno saglasni, što pokazuje da uređaj može zadržati izuzetnu preciznost nakon transporta i ponovnog podešavanja.
Takva mogućnost rešava veliki praktičan problem. Najbolji satovi obično se nalaze u posebno opremljenim laboratorijama i povezani su optičkim vlaknima. Međutim, vlakna nisu dostupna između svih instituta i država. Prenosivi sat može fizički da se odnese na drugu lokaciju i posluži kao standard za poređenje.
Preciznost ima posledicu koja zvuči gotovo neverovatno: satovi na različitim visinama ne rade potpuno istom brzinom. Prema Ajnštajnovoj opštoj teoriji relativnosti, vreme prolazi malo brže tamo gde je gravitaciono polje slabije. Sat postavljen nekoliko centimetara ili desetina centimetara više može, uz dovoljno preciznu opremu, pokazati merljivu razliku.
Zbog toga optički satovi mogu postati alati za geodeziju. Umesto određivanja visine isključivo klasičnim nivelisanjem i satelitskim sistemima, istraživači mogu porediti protok vremena. Razlika u frekvenciji otkriva razliku u gravitacionom potencijalu.
Ova metoda mogla bi pomoći u praćenju promena nivoa podzemnih voda, kretanja mase ispod vulkana ili sporih deformacija Zemljine kore. Sat ne „vidi“ vodu niti magmu, ali registruje malu promenu gravitacije koju njihovo pomeranje izaziva.
Rezultati su važni i za planiranu promenu međunarodne definicije sekunde. Optički satovi već su precizniji od cezijumskog standarda, ali nova definicija zahteva da različite laboratorije mogu pouzdano da porede uređaje i reprodukuju rezultate.
Nije dovoljno napraviti jedan izuzetno dobar sat. Potrebna je čitava mreža sistema koji se slažu u granicama neverovatno male greške. Poređenja različitih atomskih vrsta proveravaju i da li se fundamentalne konstante prirode vremenom menjaju, što bi imalo ogroman značaj za fiziku.
Za svakodnevni život ovakva preciznost deluje nepotrebno. Telefon i sat na ruci ne moraju znati vreme na 18 decimalnih mesta. Ipak, slična situacija postojala je i sa ranijim atomskim satovima, čija je preciznost kasnije postala ključna za GPS, komunikacije i sinhronizaciju mreža.
Prenosivi optički satovi verovatno neće uskoro stajati u svakom gradu. Ipak, mogu povezivati nacionalne laboratorije i postati deo nove infrastrukture za merenje vremena i Zemlje. Uređaj koji se transportuje kamionom ili prikolicom tako može proveravati ne samo koliko je sati, već i koliko se visoko nalazi u gravitacionom polju planete.
S.B.
