Atomski sat mjeri Einsteinovo vrijeme istezanja

Prvo mjerenje gravitacijskog učinka na vrijeme pomoću mobilnog optičkog atomskog sata

Pogled u unutrašnjost atomskog sata stroncija. Takav sat sada može obavljati i mobilna mjerenja. © Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB)
čitati naglas

Atomski sat u alpskom tunelu: Istraživači su prvi put izmjerili gravitacijsku vremensku razliku između planinskog vrha i doline mobilnim optičkim atomskim satom. Sat stroncij, koji je postavljen na prikolicu za automobile, odveden je u planinski tunel u Alpama i uspoređivan s 1.000 metara nižim referentnim satom. Takva bi mjerenja u budućnosti mogla učiniti Einsteinovo vremensko izobličenje, ali i nadmorske visine točnije mjerljivim, pokazali su istraživači u časopisu Nature Physics.

Optički atomski satovi naši su najtačniji timeri. Oni određuju vrijeme pomoću promjena stanja ultrahladnih atoma stroncija ili itterbija. Atomi zarobljeni u laserskoj rešetki ozračeni su drugim laserom i tako stimulirani da promijene svoje energetsko stanje. Frekvencija svjetlosti pri kojoj atomi mijenjaju svoje energetsko stanje služi kao referentna točka za sekundu.

Atomski sat u prikolici automobila

Dugo vremena su takvi optički atomski satovi bili previše osjetljivi da bi mogli funkcionirati bilo gdje drugdje nego u zaštićenom laboratoriju - do sad. Uostalom, znanstvenici na Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) u Braunschweigu konstruirali su stroncijev atomski sat koji je pokretljiv: Čitava struktura, uključujući najpreciznije namještene lasere i rashladne jedinice, smještena je u prikolicu s prigušenom vibracijama i temperaturu stabiliziranu.

Njihovo prvo veliko ispitivanje dovršilo je ovaj mobilni optički atomski sat. Zbog toga su Jacopo Grotti s PTB-a i njegovi kolege prevezli svoj stroncijev atomski sat u podzemni laboratorij u tunelu Fréjus u francuskim Alpama. Dok je mobilni sat odmjerio vrijeme, znanstvenici su proveli komparativno mjerenje u Torinu, udaljenom 90 kilometara - mjestu 1000 metara nižem od planinskog tunela.

Izmjereno vremensko rastezanje Einsteina

Uzbudljiva stvar u vezi s tim: od Alberta Einsteina znamo da vrijeme rasteže velikim ubrzanjem, ali i utjecajem gravitacije. Stoga bi sat u dolini trebao teći malo sporije od stajanja na planinskom vrhu. Atomski satovi stroncija dovoljno su precizni da mjere ovaj učinak - pod pretpostavkom da su zauzeti planinom. prikaz

Prikolica za automobil s prijenosnim optičkim satom stroncij u Alpskom tunelu. Lisdat / PTB

Upravo je to postignuto. "Ovo je prva kampanja za mjerenje polja s prijenosnim atomskim satom stroncija", napominju Grotti i njegovi kolege. Unatoč manje idealnim uvjetima u planinskom tunelu, uspjeli su izmjeriti gravitacijsku vremensku razliku između planine i doline. "Izmjerili smo relativistički pomak od 47, 92 Hertza", izvještavaju. Ova vrijednost dobro se podudara s onima utvrđenim klasičnim metodama.

Pomoć pri određivanju visine

"Ovo je prva demonstracija kronometrijskog određivanja visine pomoću prijenosnog atomskog sata", kažu istraživači. Ipak, kvarovi se moraju otkloniti i mobilni sat mora biti još precizniji. Ali u budućnosti bi takvi mobilni optički satovi mogli pomoći

odrediti Einsteinovo vremensko širenje i gravitaciju preciznije nego sa satelitskim mjerenjima.

Na primjer, znanstvenici bi mogli nadgledati promjene razine mora i oceanske struje s neviđenom točnošću. Istodobno, mjerenja visine putem gravitacijskog potencijala mogu pomoći u standardiziranju tehnika mjerenja i referenci visine u građevinskim projektima i tako izbjeći pogreške. Do sada, zemlje koriste različite vrijednosti razine mora kao referentnu vrijednost za svoja mjerenja visine. Zbog toga se prekogranični projekti tunela ili mostova često susreću s odstupanjima.

Mjerenja visine potpomognuta atomskim satom omogućila su objedinjavanje sustava i na taj način izbjegli takve probleme u inženjerskim i dizajnerskim projektima, objašnjavaju istraživači. (Prirodna fizika, 2018 .; doi: 10.1038 / s41567-017-0042-3)

(Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB), 13.02.2018. - NPO)