השעון האטומי הנייד עם ענן של אטומי סטרונציום מקוררים בלייזר. (Physikalisch-Technische Bundesanstalt)
שעונים אטומיים מסוגלים לבצע את המדידות הפיזיקליות המדויקות ביותר שהאנושות יכולה לעשות, אבל בגלל שהם כל כך מורכבים, הם הוגבלו לשימוש במעבדה - עד עכשיו.
לראשונה, מדענים פיתחו גרסה ניידת, והשתמשו בה כדי לבצע מדידות של כוח הכבידה מחוץ למסגרת מעבדה.
הטכנולוגיה המעורבת בשעונים אטומיים היא עוצרת נשימה. הם עוקבים אחר התנודה הקבועה ביותר של אטומים שנלכדו על ידי לייזרים כדי לשמור על הזמן המדויק ביותר האפשרי, ומאפשרים למדוד אותו עד ה-18 העשרוני.
השעון האטומי המדויק ביותר שנבנה אי פעם באמצעות אטומי סטרונציום הכלולים בסריג של לייזרים - מה שמכונה שעון אטומי סריג אופטי -לא יפסיד או ירוויח שנייה במשך 15 מיליארד שנה. זה יותר מהגיל הנוכחי של היקום.
אטומי הסטרונציום מקוררים לטמפרטורה בדיוק מעל זו של האפס המוחלט, נלכדים בתבנית ההפרעות של שתי קרני לייזר. הלייזר מעורר את האטום, מה שגורם לו להתנודד.
החדששעון אטומי נייד, גם סריג אופטי סטרונציום שפותח על ידי חוקרים ב-Physikalisch-Technische Bundesanstal בגרמניה, אינו מדויק בדיוק כמו שובר השיאים של 2015. יש לו אי ודאות של 7.4 × 10−17.
אבל זה מספיק מדויק כדי למדוד את הכבידה, כפי שצוות החוקרים הבינלאומי גילה זה עתה.
אנחנו יודעים שכוח המשיכה משפיע על החומר. אנחנו יודעים שזה משפיע על האור. וכן, יש לזה גם השפעה על הזמן - היכן שהכבידה חזקה יותר, הזמן נע לאט יותר.
לא תוכל לזהות זאת עם שעון רגיל על כדור הארץ, אבל שעונים אטומיים כל כך מדויקים שאפשר להשתמש בהם כדי למדוד את האפקט הזה.
שדה זה נקראגיאודזיה רלטיבית, כי, הפתעה, זה נחזה על ידי התיאוריה של איינשטיין של.
הסטה לאדום כבידה נמדדה גם על ידי שעונים אטומיים במעבדה בעבר. מדידת אותו עם השעון האטומי הנייד לא מספרת לנו שום דבר חדש על הסטה לאדום כבידתית - אבל היא כן אומרת לנו שכדאי לחפש אחר השעון האטומי הנייד.
השעון האטומי בתוך הקרוואן שלו. (Physikalisch-Technische Bundesanstalt)
הצוות הסיע את השעון בקרוואן מיוצב בטמפרטורה ונדום רעידות למעבדה התת-קרקעית הצרפתית מודן, והשווה את המדידות שלקח עם המדידות שבוצעו ב-Istituto Nazionale di Ricerca Metrologica בטורינו, 90 ק"מ משם ובהפרש גבהים של 1,000 מטר (3,280 רגל).
קישור סיב אופטי ומסרקות תדראפשרו לחבר את שני השעונים ולהשוות במדויק את קריאותיהם.
בינתיים, בוצעו מדידות גם באמצעות שעון מזרקת צסיום קריוגני ושעון סריג אופטי איטרביום. ואז החוקרים הסיעו את השעון הנייד לטורינו כדי לבדוק אותו מול מדידות במיקום זה.
המדידות היו עקביות, אבל השעון עדיין זקוק למעט עבודה, כתב אנדרו לודלו מהמכון הלאומי לתקנים וטכנולוגיה, שלא השתתף במחקר.
"כפי שניתן היה לצפות עבור סוג זה של מאמץ חלוצי, מסע המדידה לא היה מושלם",הוא כתב במאמר מערכת בנושאטבע פיזיקליס.
"היו פרקי זמן שבהם השעון האופטי הנייד לא תפקד, והדיוק של המדידות היה מוגבל מתחת ליכולת של שעונים אופטיים.
"ובעוד שהמדידה הגיאודטית היחסית הסכימה יפה עם המדידות הגיאודטיות הקונבנציונליות, הדיוק שלה היה שני סדרי גודל מתחת לטכניקות הקונבנציונליות."
אף על פי כן, הניסוי אכן הוכיח את העיקרון, המייצג אבן דרך משמעותית לקראת שעונים אטומיים ניידים.
בעתיד, ניתן יהיה להשתמש בהם בדרכים גמישות הרבה יותר מאשר השעונים האטומיים הנוכחיים המחוברים למעבדה.
למשל, לשים anשעון סריג אופטי בחלליפתחו מבחנים חדשים לתורת היחסות הכללית, השוואה לשעונים אטומיים ארציים, גיאופיזיקה, אינטרפרומטריה מבוססת חלל וכן, מבחני גאודזיה רלטיביסטיים יותר מגבהים נמוכים של מסלול כדור הארץ.
זה יכול גם לעזור לנטר שינויים בגובה פני הים כתוצאה מכך, ולסייע בהקמת מערכת ייחוס עולמית מאוחדת לגובה, ציינו החוקרים.
"שעונים אופטיים נחשבים לדור הבא של השעונים האטומיים - הפועלים לא רק במעבדות אלא גם כמכשירים דיוק ניידים."אמר כריסטיאן ליסדאטשל ה-Physikalisch-Technische Bundesanstalt.
"שיתוף הפעולה הזה מוכיח שוב כיצד דיסציפלינות כמו פיזיקה או מטרולוגיה, גיאודזיה וחקר השפעות האקלים יכולים להועיל זה לזה".
המאמר של הצוות פורסם בכתב העתפיזיקת הטבע.
