Pats tiksliausias laikrodis

   Per visą žmonijos istoriją tikslesni ir stabilesni laikrodžiai visada vesdavo prie naujų pasiekimų telekomunikacijų ir navigacijos srityse. To laukiama ir iš ką tik sukurto naujo laikrodžio, kuris yra net 1000 kartų tikslesnis už savo pirmtakus.

   Naujasis laikrodis yra atominių laikrodžių, pasirodžiusių dar šeštajame praeito amžiaus dešimtmetyje, tobulesnis variantas. Atominiai laikrodžiai veikia matuodami dažnį, kuriam rezonuoja elektronai atomuose. Pavyzdžiui, išorinių cezio-133 atomų sluoksnių elektronų rezonansinis dažnis yra lygus tiksliai 9 192 631,770 Herco, todėl šie atomai spinduliuoja kaip tik tokio dažnio mikrobangas. Nuo 1967 m. ši savybė yra panaudojama matuojant 1 sekundės trukmę.

   Pirmieji atominiai laikrodžiai galėjo išmatuoti sekundę dešimties skaičių po kablelio tikslumu. Šiandien cezio laikrodžių tikslumas išaugo iki 10-15, taigi tokie laikrodžiai gali užskubėti ar vėluoti 1 s per 30 milijonų metų. Nepaisant to, mokslininkai bando sukurti dar tikslesnius prietaisus.

   Laikrodį patikslinti galima didinant jo "tiksėjimo" dažnį. Kiekvienas laikrodis yra skaitliukas, skaičiuojantis vienokius ar kitokius periodiškai pasikartojančius įvykius. Kuo trumpesnis yra to proceso periodas, tuo tikslesnis bus pats laikrodis. Būtent dėl tos priežasties žmonės nuo saulės laikrodžių (periodas lygus vienai parai) perėjo prie svyruoklinių laikrodžių (periodas lygus vienai sekundei) ir prie kvarcinių laikrodžių (10 000 periodų per sekundę). Cezio laikrodžiai per sekundę suskaičiuoja 9 milijardus periodų.

   Taigi, kas gali tiksėti sparčiau už cezio laikrodį? Buvo patikrinti tokie elementai kaip iterbis, gyvsidabris ir stroncis - pastarasis rezonuoja 429 228 004 229 952 Hz dažniu. Bet iki šiol vis nepavykdavo sukurti tinkamo naudoti stroncio laikrodžio.

   Stroncio laikrodį galima pagaminti dviem būdais: naudojant vieno atomo svyravimus arba darant tą patį vienu metu su daugeliu atomų. Vieno atomo laikrodžio pranašumas slypi tame, kad jį palyginti nesudėtinga apsaugoti nuo išorinių elektromagnetinių laukų, interferuojančių su atomo svyravimų dažniu. Gi trūkumas yra tai, jog vieną vienintelį atomą, svyruojantį tokiu milžinišku dažniu, išmatuoti yra labai sunku. Daugelio atomų laikrodis duotų stipresnį signalą, bet bus ne toks tikslus, nes pavienių atomų elektromagnetiniai laukai sąveikos tarpusavyje.


Šeši lazerio pluošteliai sudaro erdvinį stovinčių elektromagnetinių bangų raštą. Dėl to atsiranda daug energetinių duobių, į kurias yra pagaunami stroncio atomai. Lazerių dažnis perderinamas taip, kad neinterferuotų su atomų svyravimo dažniu, kuris yra apytiksliai lygus 429 terahercams ir užtikrina labai didelį laiko matavimo tikslumą.

   Hidetoshi Katori ir jo kolegos iš Tokijo universiteto sugalvojo elegantišką šios problemos sprendimo būdą, kuriame yra suderinami abiejų sistemų pranašumai. Katori pasitelkė šešis lazerio pluoštelius, kurie sudaro erdvinį stovinčių elektromagnetinių bangų raštą. Dėl to atsiranda daug energetinių duobių, kuriose, it dėžutėse kiaušiniams yra laikomi stroncio atomai. Elektromagnetiniai atomų laukai nebegali sąveikoti su kitų atomų laukais ir visų jų signalai gali būti matuojami vienu metu.

   Iki šiol panašūs bandymai baigdavosi nesėkme dėl to, kad gaudyklei naudojamo lazerio dažnis interferuodavo su atomų svyravimo dažniu. Katori grupė šią problemą apėjo taip perderindami lazerius, kad jie elektronų šuolių stroncio atomuose apatinius ir viršutinius energijos lygmenis pakeistų po tiek pat, todėl svyravimų dažnis likdavo nepakitęs.


Mokslo įdomybės