Polacy stworzyli superdokładny optyczny zegar atomowy

Polscy naukowcy z Krajowego Laboratorium Fizyki Atomowej, Molekularnej i Optycznej (KL FAMO) w Toruniu zaprojektowali i zbudowali optyczny zegar atomowy. Nie dość, że na świecie jest ich niewiele, to jeszcze nasz jest dosłownie superdokładny. Osiągnięcie błędu jednej sekundy zajmie ponoć miliardy lat – dla zobrazowania tej liczby dodajmy, że gdyby polski zegar rozpoczął działanie w momencie Wielkiego Wybuchu, dziś spóźniałby się (lub spieszyłby) maksymalnie o jedną dziesiątą sekundy. To chyba dobry wzór pod ustawienie naszych domowych zegarków, prawda?

Zegar Polaków nie tyka (bo jest optyczny) i zdecydowanie nie damy rady powiesić go na ścianie. Zajmuje on cztery pokoje w KL FAMO i składa się z trzech głównych elementów: wzorca atomowego, grzebienia optycznego i lasera o wysokiej precyzji. Wzorcem są tutaj atomy strontu 88, który jest najpopularniejszym izotopem metali ziem alkalicznych i który charakteryzuje się czasem połowicznego rozpadu mierzonym w miliardach lat. Atomy są zawieszone w próżni, gdzie panuje temperatura poniżej 10 mikrokelwinów, a rejestrowanie upływu czasu odbywa się poprzez strzelanie w nie laserem (co jest znacznie bardziej skomplikowane niż może się wydawać). 

Laser emituje światło o częstotliwości 429 teraherców, rozświetlając atomy. Częstotliwość lasera, dopasowywana do oscylacji wzorca atomowego, jest zbyt wysoka, aby liczyć ją elektronicznie, przez co nie można jej używać bezpośrednio do mierzenia czasu. W tym miejscu do akcji wkracza właśnie optyczny grzebień częstości (rodzaj lasera pulsacyjnego), wykorzystywany do wystrzeliwania bardzo krótkich błysków światła, które są zsynchronizowane z głównym laserem o wysokiej częstotliwości. Wynikiem jest zamiana wartości na częstotliwości radiowe, które mogą już być liczone elektronicznie.

Oczywiście zanim zegar KL FAMO będzie gotowy do użycia konieczne jest jeszcze dostrojenie i przetestowanie wielu jego elementów. Wstępne dane pokazują jednak, że jest to już najdokładniejszy zegar w Polsce. Optyczne zegary atomowe to wciąż bardzo nowa technologia, która w przyszłości może zaoferować bardzo dokładne mierzenie czasu. Ich działanie bazuje na częstotliwości wzorcowej (mierzona jest częstotliwość oscylacji w atomach, które wszędzie zachowują te same właściwości). W porównaniu z „nieoptycznymi” zegarami atomowymi, są one 40 tys. razy dokładniejsze (bo i tyle razy właśnie szybsze są drgania).

Poza Polakami w swoich krajach mają je jeszcze tylko Amerykanie, Japończycy, Niemcy i Francuzi. Budowa kosztowała 20,5 mln złotych, a pieniądze na ten cel zostały przekazane przez Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego.

Źródło: ExtremeTech, Neon24, Gazeta, KL FAMO