Když je řeč o obecné relativitě, tak obvykle jde o veliká měřítka a obrovské objekty. Alespoň doteď. Teď jsou ve vzduchu změny. Nejnovější atomové hodiny, za nimiž je tým, který vedl Jun Ye z amerického institutu JILA, NIST a University of Colorado, Boulder, jsou tak dramaticky přesné, že mohou měřit relativistické efekty na milimetrových vzdálenostech.
Ye a jeho kolegové dokázali změřit gravitační rudý posuv v milimetrovém vzorku ultrachladného stroncia. Na první pohled to tak možná nevypadá, ale jde o ohromující úspěch, který dává tušit dalekosáhlé následky. Gravitační rudý posuv je jev, kdy se foton, prchající z gravitační náruče hmotného tělesa, v tomto případě naší planety, natáhne díky působení této gravitace. Standardní atomové hodiny to změří na vzdálenosti 30 centimetrů. Ye a spol. to dovedou podstatně jemněji.
Experiment Yeho týmu byl založen na měření velmi specifických frekvencí, na nichž vibrují atomy. Tato měření se provádějí pomocí fotonů. A na tyto fotony působí zmíněný gravitační rudý posuv. Badatelé k tomu použili 100 tisíc atomů stroncia, ochlazených na velmi nízkou teplotu. Pak měřili frekvence jejich vibrací a v těchto měřeních detekovali gravitační rudý posuv. Ye a spol. k tomu použili atomové hodiny, které nedávno sami vyvinuli, jejichž přesnost je taková, že chyba jejich měření nikdy nepřesáhla 8 krát 10-18.
Navzdory impozantnímu úspěchu je to teprve začátek. Ye se už ostatně stal spoludržitelem ceny Breakthrough Prize in Fundamental Physics pro rok 2022, takže to má, svým způsobem, předplaceno. S kolegy plánují, že co nejdříve zvýší přesnost svých atomových hodin 100krát nebo možná i 1000krát.
Ye je přesvědčen, že nás s velmi přesnými atomovými hodinami, ještě přesnějšími, než dnes, které budou citlivé na jemné změny přediva časoprostoru, čekají velmi zajímavé objevy. Jednou snad budou tyto hodiny dostatečně přesné na to, aby mohly měřit efekty relativity i kvantové mechaniky. Tyto dva základní koncepty dnešní fyziky jsou přitom do značné míry protikladné. Díky hyperpřesným atomovým hodinám bude možné sledovat, jak tyto dvě vyhraněné fyzikální říše navzájem interagují. Nakonec by to mohlo vést k novým průlomům ve fyzice.
Video: Probing fundamental physics with atomic clocks. Jun Ye #NOVEL-OC21
Literatura