Přesnost atomových hodin je tak závratná, až se z toho člověku zatočí hlava. Nové atomové hodiny, které postavili v singapurském Centru pro kvantové technologie (CQT), měří s přesností na úrovni triliontin (deset na mínus osmnáctou) sekundy. Jak skromně dodává vedoucí výzkumu Murray Barrett z National University of Singapore (NUS), s kolegy jsou přesvědčeni, že jde o nejpřesnější hodiny na světě.
Rekordní atomové hodiny jsou založeny na lanthanoidu s protonovým číslem 71, luteciu (Lu), konkrétně na kladně nabitém iontu ¹⁷⁶Lu⁺. Takové hodiny mají ambice přispět k objevování doposud neznámých fyzikálních jevů, sledovat změny gravitačního pole napříč Zemí nebo také se podílet na nové definici sekundy.
Atomové hodiny odměřují čas pomocí hodinového přechodu (clock transition), při němž elektron v atomu změní energetickou hladinu. Frekvence tohoto přechodu je pevnou vlastností daného atomu. Tento základní princip funguje už desítky let. Od 60. let minulého století jsou standardem pro měření času atomy cesia. Cesiové atomové hodiny se uplatňují v systému GPS a zajišťují synchronizaci komunikačních a dopravních sítí.
Ve hře jsou ale i další prvky. Prvky jako ytterbium, stroncium a hliník kmitají mnohem rychleji než cesium, a umožňují tak přesnější měření času. Mezinárodní úřad pro míry a váhy podle dostupných informací zvažuje údaje z těchto nových optických atomových hodin jako podklad pro předefinování sekundy, k němuž by mohlo dojít v roce 2030 nebo později.
Tým centra CQT začal s luteciem pracovat před více než deseti lety, zřejmě jako jediní na světě. Teď se jim podařilo změřit frekvenci luteciových hodin s přesností na 19 desetinných míst. Naměřená nejistota činí pouhých 1 × 10⁻¹⁹, což je nejnižší hodnota dosud zaznamenaná u optických atomových hodin. Vědci navíc sestrojili dvoje takové hodiny a porovnali, jak tikají. Hodiny se shodly s nejistotou 5,7 × 10⁻¹⁹, což představuje dosud nejpřesnější známý výsledek. Další měření by tuto nejistotu mohla ještě snížit.
##seznam_reklama##
Proč lutecium? Jeho výhody souvisejí se strukturou jeho atomu. Jeho hodinový přechod totiž jen zcela minimálně ovlivňují změny teploty a magnetického pole. Jak se chlubí Barret, díky těmto vlastnostem lze dosáhnout vysoké přesnosti atomových hodin v širokém rozmezí podmínek. Podle něj by luteciové hodiny by zůstaly stabilní, i kdyby je přenesli z nejteplejšího místa v Údolí smrti na nejchladnější místo na Antarktické plošině.
Video: What makes this atomic clock the world's most accurate?
Video: CQT12: The CQT Lutetium Clock Project (January 2020)
Literatura