Za deset miliard let se zpozdí maximálně o jednu sekundu. Optické hodiny představují ten nejpřesnější časoměřič, který se kdy podařilo vytvořit. Neudávají však jenom čas. Vědci teď s pomocí přenosných optických hodin změřili nadmořskou výšku v horách na francouzsko-italských hranicích.
Přestože zjišťování nadmořské výšky s využitím mobilních optických hodin zatím nepřináší tak přesné údaje jako konvenční geodetické metody, experiment znamená důležitý technologický pokrok. Mobilní optické hodiny mohou sloužit nejen pro různá geodetická měření, ale vědci by s jejich pomocí mohli důkladněji prověřit teorii obecné relativity nebo třeba získat nové informace o temné hmotě.
Optické hodiny představují nesmírně složitý systém, který je citlivý na změny ve svém okolí. Dosud proto fungovaly výhradně v přísných laboratorních podmínkách. Nový experiment s mobilní verzí tohoto zařízení provedl tým vědců z německé národní metrologické laboratoře (Physikalisch-Technische Bundesanstalt; PTB).
Vědci předpokládali, že optické hodiny umístěné ve větším gravitačním potenciálu, tedy blíže mořské hladině, budou „tikat“ pomaleji než hodiny ve větší nadmořské výšce. A že porovnáním časů, které hodiny ukazují, může být odvozen i rozdíl v těchto nadmořských výškách. Své přenosné hodiny proto tým přemístil do podzemní laboratoře v obci Modane, která leží ve francouzských Alpách. Naměřené hodnoty potom vědci porovnali s těmi, které hlásila níže položená laboratoř v italském Turíně.
Evropský tým experimentoval s optickými hodinami, které používají atomy stroncia. Když jsou excitovány světlem správné frekvence, atomy emitují elektromagnetické vlny, které kmitají na frekvencích v řádech stovek bilionů za sekundu. Z počtu cyklů pak hodiny odvozují čas. Cykly zůstávají konstantní, dokud jsou atomy zavřeny ve vakuu a udržovány při konstantní, velmi nízké teplotě.
Vědci zjistili, že hodiny v Modane denně šly o 0,2 nanosekund rychleji. Ve spolupráci s geodetickými experty byli schopni určit nadmořskou výšku obce Modane s přesností kolem 20 metrů. To sice není nijak ohromující výsledek, demonstruje však možnosti nové metody. Cílem vědců je teď zmenšit nepřesnost na pouhých několik centimetrů.
Použití optických hodin v geodézii nabízí několik technických výhod ve srovnání s konvenčními metodami, jako je třeba satelitní mapování. Hodiny mají daleko větší prostorové rozlišení. Atom v hodinách má miniaturní rozměry a je velmi dobře lokalizován, měření proto probíhá v přesně určeném místě. Přenosné optické hodiny by proto mohly být využity například k monitorování stoupání a klesání hladin oceánů.
Vedle geodezie však toto zařízení slibuje ještě řadu dalších potenciálních aplikací. Kromě toho, že hodiny ukazují přesný čas, fyzici je mohou použít například k testování obecné teorie relativity a s jejich pomocí hledat možné odchylky hodnot základních fyzikálních konstant. To by mohlo vést až k novým poznatkům o podstatě temné hmoty nebo k rozšíření Standardního modelu elementárních částic.
Původní výsledky jsou uveřejněny v Nature Physics.
Mohlo by vás zajímat:
Proč
je při praní tak důležité máchání?
Magnonová
spintronika
Zapeklité
atomy oganessonu
Letadla
inspirovaná žraločí kůží