Experimentální atomové hodiny, které překonávají všechny dosavadní modely, letos představilo výzkumné centrum JILA (Sdružený institut laboratorní astrofyziky) v americkém Coloradu. Hodiny fungují na bázi atomů stroncia (lehký reaktivní kov). Jsou tak přesné, že za 5 miliard let se rozejdou o pouhou jednu sekundu. To znamená, že kdyby je někdo spustil v okamžiku vzniku naší planety, stále byste si podle nich mohli správně nařídit digitálky. Země je totiž stará přibližně 4,6 miliard let. S touto přesností stronciový model od JILA překonává doposud nejlepší atomové hodiny o více než 50 procent.
Pro ajťáky i fyziky
Určitě si říkáte, jestli můžou být takové hodiny vůbec k něčemu dobré, když tak drobné časové změny ani sami nevnímáme. Oblastí, kde záleží na každé nanosekundě, je však hodně. Na přesnosti atomových hodin stojí například dnešní navigační systémy a počítačové sítě. Kromě toho je používají fyzikové k experimentálním měřením, kde může i zdánlivě zanedbatelné číslo zcela změnit výsledek.
Kde běží čas rychleji
Tím to ale nekončí. Tvůrci stronciových hodin říkají, že jsme teprve na počátku opravdu precizního měření času. Takového, které zachytí, jak sami říkají, srdeční tep vesmíru. Pokud například ve vzdálené galaxii exploduje černá díra, vytvoří to trhliny v časoprostoru. Atomové superhodiny, které bychom mohli vyrábět v budoucnosti, budou díky mimořádné citlivosti schopné takové trhliny odhalit. Kromě toho by otestovaly samotného Einsteina. Ten tvrdil, že když umístíte dvoje stejné hodiny do míst s jinou gravitací, každé budou měřit čas jinak. Ve vyšších polohách bijí vinou nižšího gravitačního pole o fous rychleji. Atomové hodiny jsou natolik precizní, že podle gravitace rozpoznají každý centimetr nadmořské výšky.
Cesium, či stroncium?
Klíčovým bodem při vývoji hodin bylo použití stroncia. Nejenže se jeho atomy ukázaly jako fantasticky přesné, ale zároveň stabilní. Každé atomové hodiny potřebují po spuštění nějaký čas pro kalibraci. Zatímco u většiny typů to trvá hodiny až dny, stronciový stroj se dokáže stabilizovat během několika málo vteřin. Atomové hodiny fungují na principu kmitání atomů mezi dvěma energetickými stavy. Atomu se dodá energie, díky které přejde do vyššího energetického stavu.
Získanou energii ale skoro okamžitě vyzáří a vrátí se do svého původního stavu o nízké energii. Frekvence tohoto návratu je pokaždé stejná, takže ji můžeme využít pro měření času. Jedna atomová vteřina je definována jako 9 192 631 770 kmitů atomů cesia. Ale počkat, jakého cesia? Vždyť hodiny z JILA používají atomy stroncia! A v tom je jejich háček.
Jediným oficiálně uznávaným standardem pro měření času je právě cesium (ačkoli existuje více standardů, například pro provoz televizních antén se používá levnější rubidium). Stronciové hodiny zatím vznikají jen jako experiment. Vědci však doufají, že se jim brzy podaří prosadit stroncium jako nový přesný standard v měření času.
