Η Κίνα εισέρχεται πλέον στην ελίτ της παγκόσμιας χρονομέτρησης με ένα πρωτοποριακό οπτικό ρολόι. Αυτή η νέα τεχνολογική κατάκτηση, η οποία θα μπορούσε να διαδραματίσει καθοριστικό ρόλο στον επαναπροσδιορισμό του δευτερολέπτου, τοποθετεί τη χώρα στην πρώτη γραμμή της επιστημονικής έρευνας.
Μια ομάδα επιστημόνων, με επικεφαλής τον Pan Jianwei στο Πανεπιστήμιο Επιστήμης και Τεχνολογίας της Κίνας στο Hefei, δημιούργησε ένα οπτικό ρολόι στροντίου. Το ρολόι αυτό έχει την εκπληκτική ικανότητα να χάνει ή να κερδίζει λιγότερο από ένα δευτερόλεπτο σε διάστημα περίπου 30 δισεκατομμυρίων ετών, δηλαδή περισσότερο από διπλάσιο χρόνο από την ηλικία του σύμπαντος.
Τα βασικά χαρακτηριστικά του ρολογιού, η σταθερότητα και η αβεβαιότητα, ξεπέρασαν το όριο των 10 εις την δύναμη του -19. Αυτή η επίδοση έχει επιτευχθεί μόνο από ελάχιστα εργαστήρια παγκοσμίως, συμπεριλαμβανομένου του Εθνικού Ινστιτούτου Προτύπων και Τεχνολογίας στις ΗΠΑ και του εθνικού εργαστηρίου προτύπων της Γερμανίας. Η ανακοίνωση δημοσιεύτηκε στο επιστημονικό περιοδικό Metrologia.
Σύμφωνα με το κρατικό πρακτορείο CCTV, η ακρίβεια του ρολογιού υπερβαίνει το κατώφλι που απαιτείται για τον επαναπροσδιορισμό του δευτερολέπτου, δίνοντας έτσι στην Κίνα τη δυνατότητα να ηγηθεί αυτής της προσπάθειας.
Επιπλέον, η ερευνητική αυτή εργασία ανοίγει τον δρόμο για την ανάπτυξη πιο σταθερών και φορητών οπτικών ρολογιών, καθώς και εκδόσεων για το διάστημα, όπως δήλωσε ο Dai Hanning, μέλος της ομάδας του Pan. “Θέτει μια στέρεη βάση για τη χρήση οπτικών ρολογιών στην εξέταση θεμελιωδών φυσικών νόμων, στη βελτίωση της επόμενης γενιάς δορυφορικής πλοήγησης και στη δημιουργία ενός ενιαίου, εξαιρετικά ακριβούς παγκόσμιου προτύπου χρόνου,” ανέφερε ο Dai στο CCTV στις 7 Μαρτίου.
Τα οπτικά ρολόγια αποτελούν τις πιο ακριβείς διαθέσιμες συσκευές χρονομέτρησης. Χρησιμοποιούν λέιζερ για να παγιδεύουν άτομα, όπως το στρόντιο και το ρουβίδιο, σε πολύ χαμηλές θερμοκρασίες. Η μέτρηση του χρόνου γίνεται βάσει της συχνότητας του φωτός που εκπέμπεται όταν τα ηλεκτρόνια των ατόμων μεταπηδούν μεταξύ διαφορετικών ενεργειακών επιπέδων.
Σε σύγκριση με τα σημερινά ατομικά ρολόγια που βασίζονται σε μικροκύματα και ορίζουν το τρέχον δευτερόλεπτο, τα οπτικά ρολόγια είναι περίπου 10.000 φορές πιο ακριβή, χάρη στις πολύ υψηλότερες συχνότητες λειτουργίας τους.
Η παγκόσμια χρονομέτρηση βασίζεται σήμερα σε ένα δίκτυο περίπου 450 ατομικών ρολογιών σε 80 εργαστήρια παγκοσμίως, συμπεριλαμβανομένων εγκαταστάσεων σε Xian και Beijing. Η συνδυασμένη τους ακρίβεια φτάνει τα 10 εις την δύναμη του -18, που ισοδυναμεί με απώλεια ή κέρδος ενός δευτερολέπτου σε δισεκατομμύρια χρόνια.
Για να βελτιώσουν τη σταθερότητα του συστήματός τους, η ομάδα του Pan χρησιμοποίησε ένα πιο σταθερό λέιζερ και αυστηρότερο περιβαλλοντικό έλεγχο για τη μείωση του θορύβου, επιτρέποντας στο ρολόι να λειτουργεί πιο συνεχώς και σταθερά.
Για τη μείωση της αβεβαιότητας, παρακολούθησαν και ελαχιστοποίησαν βασικές πηγές σφάλματος, όπως η περιβαλλοντική θερμότητα, οι αλληλεπιδράσεις μεταξύ των ατόμων και οι παραμορφώσεις από το φως της παγίδευσης, μειώνοντας το συνολικό σφάλμα στα 10 εις την δύναμη του -19.
Η ομάδα ανέφερε ότι τα οπτικά ρολόγια είναι ακόμη ογκώδη και απαιτούν αυστηρά ελεγχόμενες συνθήκες, καθιστώντας τα προς το παρόν ακατάλληλα για χρήση στο διάστημα. Ωστόσο, καταβάλλονται προσπάθειες για να γίνουν μικρότερα, πιο σταθερά και φορητά.
Στο μέλλον, αυτά τα ρολόγια θα μπορούσαν να μετακινηθούν από τα εργαστηριακά συστήματα σε δορυφόρους πλοήγησης, βελτιώνοντας την ακρίβεια της τοποθέτησης από μέτρα σε εκατοστά ή και καλύτερα, όπως δήλωσαν οι ερευνητές στο CCTV.
