Κινέζοι επιστήμονες κατασκεύασαν ένα ρολόι τόσο ακριβές που θα μπορούσε να οδηγήσει σε επαναπροσδιορισμό του δευτερολέπτου και στη δημιουργία ενός υπερακριβούς παγκόσμιου προτύπου χρόνου.

Το νέο οπτικό ρολόι είναι τόσο ακριβές ώστε χάνει ή κερδίζει λιγότερο από ένα δευτερόλεπτο σε περίπου 30 δισεκατομμύρια χρόνια. Αυτό σημαίνει ότι αν λειτουργούσε για περισσότερο από διπλάσιο χρόνο από την ηλικία του Σύμπαντος θα είχε απόκλιση μόλις ενός δευτερολέπτου σύμφωνα με ερευνητές του Πανεπιστημίου Επιστήμης και Τεχνολογίας της Κίνας.

Τα οπτικά ρολόγια μπορούν να μετρούν το χρόνο με ακρίβεια έως και 19 δεκαδικά ψηφία και αποτελούν τις πιο ακριβείς συσκευές μέτρησης χρόνου που υπάρχουν σήμερα. Μετρούν τον χρόνο χρησιμοποιώντας τη συχνότητα του φωτός που εκπέμπεται όταν τα ηλεκτρόνια μεταβαίνουν μεταξύ ενεργειακών επιπέδων στα άτομα.

Τέτοια ρολόγια προσφέρουν εξαιρετικά ακριβή χρονικά πρότυπα για σύγχρονες τεχνολογίες όπως δορυφορική πλοήγηση, τηλεπικοινωνίες, μετρήσεις υψηλής ακρίβειας. Επίσης χρησιμοποιούνται για δοκιμές θεμελιωδών αρχών της φυσικής, την ανίχνευση βαρυτικών κυμάτων και την έρευνα για τη σκοτεινή ύλη.

Ένα νέο επίπεδο ακρίβειας

Μέχρι τώρα, οι επιστήμονες δεν είχαν καταφέρει να ξεπεράσουν το επίπεδο ακρίβειας 10⁻¹⁹ που αντιστοιχεί σε απόκλιση περίπου ενός δευτερολέπτου σε δεκάδες δισεκατομμύρια χρόνια. Με τη νέα αυτή επίδοση, ανοίγει ο δρόμος για μια σειρά από προηγμένες εφαρμογές, σύμφωνα με μελέτη που δημοσιεύθηκε στην επιθεώρηση «Metrologia».

Το νέο ρολόι θα μπορούσε να επιτρέψει μετρήσεις της βαρύτητας και του υψομέτρου με ακρίβεια χιλιοστού, παρακολούθηση παραμορφώσεων του φλοιού της Γης, ανίχνευση αλλαγών στα υπόγεια ύδατα, πιο ακριβή παρακολούθηση ηφαιστειακής δραστηριότητας.

Ο ορισμός

Αρχικά το δευτερόλεπτο οριζόταν ως το 1/86.400 της ημέρας, κάτι που δεν ήταν αρκετά ακριβές για επιστημονικές εφαρμογές. Το 1967, με την εμφάνιση των ατομικών ρολογιών, το Διεθνές Σύστημα Μονάδων (SI) όρισε το δευτερόλεπτο ως 9,192,631,770 ταλαντώσεις του ατόμου καισίου-133. Ωστόσο τα οπτικά ρολόγια αποδείχθηκαν ακόμη πιο ακριβή αφήνοντας περιθώριο για βελτίωση.

Ο επαναπροσδιορισμός και οι προοπτικές για το μέλλον

Για να επαναπροσδιοριστεί επίσημα το δευτερόλεπτο απαιτείται η ύπαρξη τουλάχιστον τριών τέτοιων οπτικών ρολογιών με υψηλή ακρίβεια και σταθερότητα σε διαφορετικά ερευνητικά ιδρύματα. Ήδη δύο άλλα οπτικά ρολόγια έχουν φτάσει αυτό το επίπεδο, και καθώς περισσότερα τέτοια συστήματα αναπτύσσονται, οι προϋποθέσεις για τον νέο ορισμό του δευτερολέπτου ενδέχεται σύντομα να καλυφθούν.

Με τα νέα, πιο ακριβή οπτικά ρολόγια ενδέχεται να καταστούν δυνατές νέες μέθοδοι ανίχνευσης της σκοτεινής ύλης μέσω της καταγραφής χαμηλής συχνότητας σημάτων που ίσως προκαλούνται από αλληλεπιδράσεις της. Η μελέτη αναφέρει ότι «η επίδοση αυτή πληροί την απαίτηση ακρίβειας 2 × 10⁻¹⁸ για τον επαναπροσδιορισμό του δευτερολέπτου στο SI και θα μπορούσε να οδηγήσει σε έρευνες σκοτεινής ύλης υψηλής ανάλυσης».