Nejpřesnější atomové hodiny. Kredit: G. Edward Marti/JILA.

Dnešní doba je posedlá přesným časem. Dokonce ultrapřesným. Dokládají to i nové nejpřesnější atomové hodiny světa, které jsou vytvořeny s pomocí specificky uspořádaných atomů stroncia.

Většina ultrapřesných atomových hodin přitom používá k měření času atomy izotopu cesia-133. Takové hodiny měří čas prostřednictvím mikrovln, které jsou vyzařovány elektrony kolem těchto atomů poté, co absorbují energii od laserového paprsku a změní svou „oběžnou dráhu“.

Hodiny tohoto typu jsou ve své přesnosti omezeny rychlostí přechodů elektronů v izotopu cesia-133. Tyto elektrony zvládnou přejít na hladinu o vyšší energii a zase zpět „pouze“ 9 miliardkrát za sekundu. Za to v atomech stroncia to elektrony dovedou 1 milion miliardkrát za sekundu, tedy zhruba milionkrát rychleji. Což je samozřejmě hodno obdivu.

Jun Ye. Kredit: J. Burrus/NIST.

Šéf výzkumu Jun Ye z Coloradské univerzity v Boulderu prohlašuje, že v roce 2014 se tehdejší nejpřesnější hodiny světa spletly o sekundu za celou dobu existence našeho vesmíru. Jejich hodiny teď ale udělají chybu pouze 3,5 krát za každých 10 trilionů tiků. Takové přesnosti dosáhli vědci poprvé v historii.

Aby mohli zprovoznit takové atomové hodiny, Ye a jeho spolupracovníci navrhli 3D strukturu optické mřížky, která jim umožnila měřit signály z více atomů zároveň v rámci šířky laserového paprsku. Díky důmyslné 3D struktuře mohli měřit a také lépe ovládat velmi těsně uspořádané atomy, kterých bylo 10 bilionů na centimetr krychlový. V předešlých hodinách byly atomy uspořádány v podstatně nižší hustotě 10 miliard atomů na centimetr čtvereční.

University of Colorado, Boulder.

Ye a spol. hustě uspořádané atomy stroncia extrémně zchladili na teplotu zhruba mínus 273 °C, tedy velmi blízko absolutní nule. V té chvíli získali kostku ultrachladného kvantového plynu, v němž každý atom zaujal své místo a zůstával na něm. A nejpřesnější atomové hodiny mohly tikat.

Extrémně přesné atomové hodiny nám umožňují například testovat Einsteinovu obecnou relativitu, podle které v různých gravitačních polích tikají hodiny různou rychlostí. Anebo mohou významně přispět k lovu na gravitační vlny, jimž se vlní samotný časoprostor. 

Video:  The most precise atomic clock ever made is a cube of quantum gas


Literatura
New Scientist 5. 10. 2017, Science 358: 90–94.