Apu

Sekunnin mitta voi muuttua: Huipputarkoilla optisilla atomikelloilla sekunnin voisi määritellä vieläkin tarkemmin kuin nyt

Sekunnin mitta voi muuttua: Huipputarkoilla optisilla atomikelloilla sekunnin voisi määritellä vieläkin tarkemmin kuin nyt
Yksi maailman tarkimmista nykyisistä ajan mittaajista sijaitsee Coloradon yliopistossa Boulderissa. Se perustuu strontium-atomien värähtelyyn.
Julkaistu: 17.5.2022

Sekunnin mitta voi tarkentua entisestään. Vaikka jo nyt virallista aikaa mittaavien atomikellojen tarkkuus on alle sekunnin tuhannesbiljoonasosan luokkaa, yrittävät tutkijat tehdä ajan mitasta entistä tarkemman.

Optiset atomikellot, joiden toiminta perustuu näkyvään valoon, ovat ainakin teoriassa äärettömän paljon tarkempia kuin nykyisin sekunnin määrittelyyn käytetty cesium-atomikello. Cesium-kellon toiminta perustuu cesium-atomien värähtelyyn, kun atomiin kohdistetaan mikroaaltoalueen säteilyä.

Optisen atomikellon käyttö voisi johtaa ajan perusyksikön sekunnin uuteen määritelmään.

Vaikka uudestaan määritelty sekunti ei ihmisten arkea miksikään muuta, tieteelle sillä on iso merkitys.

– Voit ajatella sen vastaavan viivoitinta, jossa on mittamerkit millimetrin välein verrattuna keppiin, joka mittaa vain yhtä metriä, kertoo tutkija Jeffrey Sherman Live Science -lehden haastattelussa.

Sherman työskentelee yhdysvaltalaisen National Institute of Standards and Technologyn aika- ja taajuusosastolla.

Sekunnin nykyisen määritelmän perustana olevissa mittauksissa cesium-133-atomi saatiin mikroaaltoenergialla värähtelytilaan, jossa atomi ”tikittää” 9 192 631 770 kertaa sekunnissa. Optiset atomikellot mittaavat valon aikaansaamaa atomivärähtelyä, joka ”tikittää” paljon cesium-atomia nopeammin. Optisissa atomikelloissa cesiumin voi korvata vaikkapa strontium, ytterbium tai alumiini.

Jotta optinen atomikello voidaan rakentaa, täytyy atomien lämpötila jäähdyttää lähelle absoluuttista nollapistettä.

Yksi ongelmista on varmistaa, että laser säteilee valoa täsmälleen oikealla aallonpituudella, jotta atomit saadaan viritettyä resonanssitaajuudelleen. Värähtelyjen laskentaan tarvitaan niin sanottu femtosekuntitaajuuskampa. Se lähettää valopulsseja tasavälein.

Optiset atomikellot eivät ole vielä valmiita ajanottoon. Sherman uskoo, että sekunnin uusi määritelmä voitaisiin saada hyväksyttyä vuonna 2030.

Optiset atomikellot saattavat johtaa tutkijat myös avaruuden salojen kuten pimeän aineen ja alkuräjähdyksessä syntyneiden gravitaatioaaltojen äärelle.

Kommentoi »