Jon aluminijuma najtačniji sat

Znate li koliko je tačno sati? Iako bi vas jedni pogledali ljubopitljivo, drugi začuđeno, treći uz smešak odmahnuli glavom... i tako u nedogled, pitanje nije ni bezazleno, ni besmisleno. Prvi utisak uveliko vara, kao i naši časovnici.

Vekovima se i sajdžije i učenjaci utrkuju da izmere najsićušnije deliće vremena. Nazire li se tome kraj?

U Nacionalnom institutu za standarde i tehnologiju SAD nedavno su izradili najtačniju štopericu na svetu  100.000 puta precizniju od do sada najtačnije. Nazvali su je kvantno-logički časovnik koji kasni jednu jedinu sekundu u 3,7 milijardi godina! Zasniva se na prepoznavanju energetskog stanja pojedinačnog jona aluminijuma. Joni su, da podsetimo, atomi ili molekuli koji su ostali bez jednog ili više elektrona.

Milijarde u sekundi

Veoma čudna mašinerija koja nimalo ne podseća na uobičajene ručne, stone ili zidne časovnike, mogla bio jednog dana  predviđaju fizičari  da izmeri (otkrije), čak, usporavanje protoka vremena predviđenog opštom teorijom relativnosti Alberta Ajnštajna! Već sada se pojavljuje kao istinski takmac za novo merilo (standard) učestalosti, objašnjava Džejms (Činven) Čou koji je ovo postignuće opisao u uglednom časopisu Fi„zikal rivju leters”.

Nekoliko istraživačkih družina na raznim meridijanima nadmeće se u smišljanju atomskog časovnika koji će istisnuti postojeći najprecizniji  cezijumski, s kašnjenjem od jedne sekunde na svakih sto miliona godina. U najskorašnjijoj skalameriji koriste se joni aluminijuma i magnezijuma, što je čini dvostruko tačnijom od prethodnih sa aluminijumom i berilijumom.

Kako kvantno-logički časovnik, u stvari, pokazuje vreme?

Jednostavno rečeno, meri učestalost treperenja (vibracija) ultraljubičaste laserske svetlosti. Najbolji laseri, nažalost, svakog sata omaše jedan otkucaj, zato što se ne odlikuju besprekornom postojanošću.

Želeći da ovaj nedostatak prebrode, američki istraživači su izabrali naelektrisani aluminijumski atom koji zatreperi hiljadu milijardi puta u sekundi, a to znači da otkucava taktom od jednog petaherca. Kada ga pogode usmerenim ultraljubičastim zrakom tanano podešenim na istu učestalost, jon aluminijuma promeniće svoje stanje (u suprotnom, neće).

Otpuštanje fotona

Na koji način, međutim, udesiti da se učestalost laserskog zraka poklopi sa učestalošću aluminijumovog jona? Ukoliko malčice podbaci ili prebaci, kao kod pucanja u metu na strelištu, jon neće promeniti svoje stanje. Džejms Čou se dosetio da ga upari s magnezijumovim parnjakom. Dotični par se izlaže delovanju odvojenih laserskih hitaca; ukoliko aluminijumov jon promeni stanje, oba jona zatrepere.

Sada u igru ulazi treći laserski zrak koji je usmeren jedino na magnezijumov jon. Ukoliko zatreperi, on otpusti jedan foton (svetlosna čestica). Ali to nije kraj puta. Kako izmeriti vreme u ovom čudesnom preplitanju svetlosti, ako je trajanje sekunde utemeljeno na cezijumskom atomskom časovniku?

Drugim rečima, atomska štoperica manje tačnosti nije u stanju da beleži promene u štoperici veće tačnosti! Nova vremenska jedinica (i načelo) mora se utemeljiti na aluminijumskom časovniku.

Čemu toliko zadiranje u sitnice?

Najnovija jonska štoperica olakšaće da se bolje shvate dve poznate fizičke nepromenljive veličine, kao što su brzina svetlosti u vakuumu ili Plankova konstanta (veoma bitna vrednost u kvantnoj fizici). Veruje se da su pomenute konstante zauvek ostale iste, ali pojedini teorijski fizičari i kosmolozi pretpostavljaju da su se, po svemu sudeći, neznatno promenile.

Stanko Stojiljković