นาฬิกาอะตอมที่กำหนดเวลาโดยการสั่นของวัยรุ่นของอะตอมสตรอนเทียมนั้นมีความแม่นยำและมั่นคงจนจะไม่ได้รับหรือสูญเสียวินาทีในอีก 15 พันล้านปีข้างหน้า
ที่นาฬิกาสตรอนเทียมซึ่งมีความแม่นยำประมาณสามเท่าของเจ้าของสถิติก่อนหน้านี้ตอนนี้มีอำนาจที่จะเปิดเผยการเปลี่ยนแปลงเล็ก ๆ น้อย ๆ ในเวลาที่คาดการณ์โดยทฤษฎีสัมพัทธภาพของไอน์สไตน์ซึ่งระบุว่าเวลานั้นเกิดขึ้นเร็วขึ้นในระดับความสูงที่แตกต่างกันบนโลก ความแม่นยำนั้นสามารถช่วยให้นักวิทยาศาสตร์สร้างแผนที่ที่มีรูปร่างของโลก
"ประสิทธิภาพของเราหมายความว่าเราสามารถวัดการเปลี่ยนแปลงแรงโน้มถ่วงเมื่อคุณเพิ่มนาฬิกาเพียง 2 เซนติเมตร [0.79 นิ้ว] บนพื้นผิวโลก" ผู้ร่วมเรียน Jun Ye นักฟิสิกส์ที่ Jila สถาบันร่วมของสถาบันมาตรฐานและเทคโนโลยีแห่งชาติและมหาวิทยาลัยโคโลราโดกล่าวในแถลงการณ์-
ทีมยังปรับปรุงด้วยว่าเห็บจับคู่กันอย่างใกล้ชิดตัวชี้วัดที่เรียกว่าเสถียรภาพเกือบ 50 เปอร์เซ็นต์ -นาฬิกา 5 ของที่แม่นยำที่สุดเท่าที่เคยมีมา-
ความแม่นยำบ้า
นาฬิกาอะตอมโดยทั่วไปจะทำงานโดยการวัดความถี่สั่นของอะตอมเช่น strontium หรือ cesium ขณะที่อะตอมกระโดดระหว่างระดับพลังงานที่แตกต่างกัน ทุกอะตอมแกว่งไปตามธรรมชาติที่ความถี่สูงมากพันล้านหรือล้านล้านครั้งต่อวินาที การนับจังหวะปกติเหล่านี้ให้การวัดเวลาที่แม่นยำสูง ปัจจุบันนาฬิกาซีเซียมที่ NIST กำหนดครั้งที่สองโดยที่ 1 วินาทีคือ 9,192,631,770 การแกว่งของซีเซียมอะตอม
ในนาฬิกาใหม่อะตอมของสตรอนเทียมหลายพันอะตอมที่อุณหภูมิที่เย็นมากจะถูกตรึงไว้ในคอลัมน์แคบ ๆ ด้วยแสงเลเซอร์ที่รุนแรง ในการวัดเวลานาฬิกาจะกระทบอะตอมเหล่านั้นด้วยความถี่ที่เหมาะสมของแสงเลเซอร์สีแดงเพื่อให้อะตอมกระโดดระดับพลังงาน นาฬิการุ่นก่อนหน้านี้ใช้เทคนิคที่คล้ายกัน
อย่างไรก็ตามในโอกาสนี้นักวิจัยได้ปรับปรุงการออกแบบโดยกำจัดข้อผิดพลาดในการวัดที่เกี่ยวข้องกับแหล่งภายนอกของรังสีแม่เหล็กไฟฟ้ารู้จักกันในนามรังสีแบล็กบอดี้ซึ่งถูกมอบให้โดยวัตถุทึบแสงที่จัดขึ้นที่อุณหภูมิคงที่ ทีมวางเกราะป้องกันรังสีรอบ ๆ อุปกรณ์เช่นเดียวกับเครื่องวัดอุณหภูมิแพลตตินัมภายในหลอดสุญญากาศของนาฬิกาเพื่อให้ดีขึ้นสำหรับความร้อนพิเศษ นักวิจัยยังปรับปรุงการคำนวณว่าจะสร้างรังสีเท่าใด
นาฬิกาใหม่สามารถทำงานได้ที่อุณหภูมิห้องซึ่งตรงข้ามกับอุณหภูมิแช่แข็งที่ใช้ในเวอร์ชันที่ผ่านมา
"นี่เป็นหนึ่งในจุดที่แข็งแกร่งที่สุดของวิธีการของเราในการที่เราสามารถใช้งานนาฬิกาในการกำหนดค่าที่เรียบง่ายและปกติในขณะที่รักษาความไม่แน่นอนของการแผ่รังสีสีดำอย่างน้อยที่สุด" เจ้าพูด (รังสีแบล็กบอดี้อาจส่งผลกระทบต่อระดับพลังงานของอะตอมซึ่งจะส่งผลกระทบต่ออัตราเห็บ)
เจ้าของสถิติใหม่จะไม่สูญเสียวินาทีในช่วงอายุปัจจุบันของจักรวาล แต่อะตอมของสตรอนเทียมเอาชนะได้ที่ 430 ล้านล้านครั้งต่อวินาทีดังนั้นในทางทฤษฎีอย่างน้อยก็มีที่ว่างสำหรับการปรับปรุงมากขึ้น
การวัดเชิงสัมพัทธภาพ
นาฬิกาใหม่นั้นแม่นยำมากจนสามารถตรวจจับได้สัมพัทธภาพในการดำเนินการที่เกล็ดเล็กอย่างไม่น่าเชื่อ ในแนวคิดที่เรียกว่าการขยายเวลาของแรงโน้มถ่วงเวลาจะผ่านไปได้เร็วขึ้นในสนามแรงโน้มถ่วงที่อ่อนแอลงดังนั้นความสูงของโลกก็จะยิ่งสูงขึ้นเท่าใดแรงโน้มถ่วงก็จะอยู่ที่นั่น - และเวลาที่เร็วขึ้นก็ผ่านไป นาฬิกาปัจจุบันมีความอ่อนไหวมากจนสามารถตรวจจับเอฟเฟกต์เหล่านี้ได้ด้วยการเปลี่ยนแปลงระดับความสูงเพียงเล็กน้อยที่เกิดจากการวางหนังสือเล่มเล็ก ๆ ไว้ใต้นาฬิกา
หากนาฬิกาสามารถปรับปรุงเพิ่มเติมได้นั่นจะช่วยให้การวัดรายละเอียดของรูปร่างของโลกรายละเอียดมากขึ้น ปัจจุบันเครื่องมือเช่นมาตรวัดน้ำขึ้นน้ำลงและ Gravimeters ทำงานนี้
ผลการวิจัยได้รับการตีพิมพ์ในวันนี้ (21 เมษายน) ในวารสาร Nature Communications
ติดตาม tia ghose onTwitterและGoogle+-ติดตามวิทยาศาสตร์สด@livescience-Facebook-Google+-เผยแพร่ครั้งแรกเมื่อวิทยาศาสตร์สด-
