Dzięki nowemu rozwiązaniu, jakie wykorzystano w konstrukcji zegara atomowego, dokładność czasu w nawigacji wzrośnie 20-krotnie.

W zegarach atomowych rolę wahadła pełnią poruszające się w próżni atomy, umieszczone zwykle w szklanej komorze. Specjalnie powleczone ściany mają zapobiec różnicowaniu początkowego składu, jednak nieuniknione jest, że zderzenia atomów ze ściankami z czasem wypaczą owo wahadełko a w konsekwencji spowodują, że zegar zacznie tykać nieco szybciej lub wolniej.

Zespół fizyków i inżynierów z JPL w Pasadenie odkryło sposób na uniknięcie problemu. Po dekadzie pracy nad liniową pułapką jonową, zbudowali w oparciu o nią nowy zegar atomowy dla Obserwatorium Amerykańskiej Marynarki (U.S. Naval Observatory). Spodziewa się, że innowacja przyniesie 20-krotnie większą stabilność jonów, co oznacza, że zegar może w ciągu 10 miliardów lat pracy – czyli mniej więcej tyle, ile wynosi wiek Wszechświata – pomylić się o jedną minutę.

Zegar pracujący w USNO będzie zapewniał pomiar czasu dla amerykańskiego Departamentu Obrony, dla systemu pozycjonowania satelitarnego (GPS) oraz jako wrzorzec do badań częstotliwości. NASA wykorzystuje zegary atomowe do rzetelnej nawigacji w lotach międzyplanetarnych, gdzie ułamki sekundy mogą decydować np. o kierunku lotu.

W liniowej pułapce jonowej, jony rtęci nie zderzają się ze szklanymi ściankami lecz z polem elektrycznym, które je otacza. Zakłócenia ruchu atomów są 10 tysięcy razy mniejsze.

Tajemnica dokładności zegarów atomowych tkwi w mechanice kwantowej: każda para atomów danego pierwiastka o tej samej liczbie neutronów jest identyczna, mają dokładnie te same właściwości. Ponieważ zegary atomowe opierają się na czasie przejścia jonów między dwoma barierami energetycznymi, mogą one działać w każdych warunkach a każdym miejscu Wszechświata.

Dzięki zegarom atomowym sekunda jest najdokładniej określoną miarą, bijąc o wiele rzędów wielkości wzorce metra czy kilograma.

Autor

Wojtek Rutkowski