Bir saniyede çok şey olabilir; Bir yabancıyla tanışabilirsin, parmaklarını yakala, aşık ol, uyu, hapşırma. Ama bir saniye nedir, gerçekten - ve düşündüğümüz kadar kesin mi?
Şu anda, küresel zamanı anlatmak için kullanılan en hassas saatler, her 300 milyon yılda bir 1 saniyelik bir hataya sahiptir - bu yüzden dinozorların zamanında ilerlemeye başlayan bir saat, bugün bile bir saniye bile kapalı kalmayacaktır. Ama bilim adamları daha iyisini yapabileceğimizi düşünüyor. [Fizikte 18 En Büyük Çözümsüz Gizem]
Böylece, Nature Communications dergisinde 25 Nisan'da yayınlanan yeni bir araştırmaya göre, periyodik tablonun altındaki tozu toplayan ihmal edilmiş bir nadir toprak element olan lutetiuma bakıyorlar.
Eski günlerde, bir saniye, ortalama güneş gününün bir parçası (1/86400), Dünya'nın kendi ekseni etrafında 24 saatlik dönüşü olarak tanımlandı. Ama Dünya'nın dönüşü biraz değişebilir, bu yüzden bilim adamları, gökleri taramaya, saatlerimizi kalibre etmeye ve atomları, maddenin görünmez yapı taşlarını seviyeye indirgemeye karar verdiler.
1967'de, Uluslararası Ağırlıklar ve Ölçüler Komitesi, ikincisini, bir sezyum atomunun uyarılması için yeterli enerjiyi emmesi için gereken süreyi - yani elektronlarının bir enerji durumundan diğerine atlamasını - tanımladı. Bunun gerçekleşmesi için, atomun tam olarak 9,192,631,770 mikrodalga radyasyon döngüsü ile atılması gerekir.
Bu sayı rastgele görünse de, sezyum atomlarını 1 saniyelik erken tanımının ortalamasında uyarmak için gerekli olan mikrodalgaların sıklığını ölçmekten kaynaklanır. Scientific American'ın bildirdiğine göre, bu ölçümler neredeyse üç yıl sürdü.
Halihazırda yüzlerce sezyum atom saati, global zamanı korumak ve GPS navigasyonunu kontrol etmekle sorumludur. Fakat geçtiğimiz on yılda, “optik saatler” olarak adlandırılan bir başka atomik saat kuşağı ortaya çıkmış ve sezyum çeşitliliğinden 100 kat daha hassastırlar. Yeni saatler, sezyum olanlarla aynı şekilde çalışırlar; alüminyum veya ytterbium gibi atomları, daha yavaş mikrodalgalar yerine görünür ışıkların (dolayısıyla "optik") daha yüksek frekanslarıyla heyecanlananlar gibi kullanırlar. Bu daha yüksek frekans, ölçümü daha kesin hale getiren "saniye" tanımına daha fazla veri noktası ekler. [Quarks Hakkında 7 Garip Gerçekler]
Bunu anlamak için, bir grup yönetici olarak farklı saat türlerini hayal edin, Singapur Ulusal Üniversitesi'nde görevli fizik profesörü ve yeni çalışmanın başyazarı Murray Barrett dedi. Eğer daha eski olan "sezyum" cetveli 20 santimetre (7,9 inç) uzunluğunda bir çizgiyi ölçerse, daha hassas olan "optik" cetvel çizgiyi örneğin 200 milimetre olarak ölçebilir.
Barrett, optik saatlerin çok hassas olmasına rağmen, çok uzun bir süre çalıştırılmaları ve ortamlarında sabit kalmaları sorun yaratabilir. Barrett, bir odanın sıcaklığı atomlarda etki eden elektromanyetik alanları değiştirebilir ve bu da zaman ölçümünü çarpabilir. Öyleyse Sezyum, WordsSideKick.com'a verdiği demeçte, sezyum saatlerinin hala "yeni optik saatlerden çok daha güvenilir olduğunu" söyledi.
Barrett ve ekibi, yeni çalışmalarında, lutetium iyonunun, çevre sıcaklıklarındaki değişikliklerden, optik saatler için kullanılan diğer elementlerden daha az duyarlı olduğunu ve bunun, ana zaman tutucusu olarak hizmet vermeyi güçlü bir aday haline getirdiğini keşfetti.
Ekip, bulunan Lutetium atomlarının zaman ölçümünü etkileyen başka bir problemi telafi etmesine de yardımcı olabilir. Bu saatlerde kullanılan atomlar şarj edildiğinden, dalgaların yarattığı elektromanyetik alanlara (görünür ışık, mikrodalgalar, vb.) Yanıt olarak hafifçe ileri geri sallanırlar - ve bu zaman ölçümünü çarpabilir. Bilim adamları bu hızlı geri ve ileri harekete bir "mikromotor kayması" diyorlar.
Bilim adamları bu vardiyayı telafi etmeleri gerektiğinden, atomik saatlerin birden fazla iyonla gelişmesi gerçekten zordur - bu da bu tür saatleri daha pratik hale getirirdi, dedi Barrett. Ancak ekip, bu "mikromotor kaymaları" nı ortadan kaldırmak için belirli bir tür lutemium iyonunda doğal bir özellik kullanabileceğini keşfetti.
Ancak, bunun bir bedeli vardır: Bu atomlar odanın sıcaklığına daha duyarlı hale geldi. Bu ticaret, yeni bulgunun etkisini sınırlandırabilir ve atom lutetiumu, “gerçek oyun değiştirici” olmayabilir. Paris Gözlemevi'nde fizikçi olan Jérôme Lodewyck, çalışmanın bir parçası değildi.
Ancak, bu "yüksek kaliteli iş" Lodewyck, farklı saatlerde karşılaştırmak isteyen "zaman ayırıcı adayları" için uzun bir listeye farklı bir atomik tür ekler. [Bu da ne? Fizik Sorularınız Cevaplandı]
Barrett, lutetium'un “son derece umut verici” olduğunu söylese de, sezgisel saatler, bizi gitmemiz gereken yerlere götürmek gibi şeylere iyi geldiği için, optik saatler kullanarak ikinci tanımı yeniden tanımlamak için büyük bir acele olduğunu düşünmüyor.
Ancak son derece hassas optik saatler, "mevcut teknolojimizle mümkün olmayacak olan" yeni uygulamalara izin verebilir, dedi Barrett.
Örneğin, saatler dünya üzerinde oturdukları noktaya duyarlıdır, çünkü Albert Einstein'ın genel görelilik kuramına göre zaman yerçekimiyle çarpıtılır. Şimdilik, Dünyadaki atomik saatler Dünya'nın yer çekimi nedeniyle oluşan minik zaman eğrisini algılayamazlar. Ancak eğer araştırmacılar dünyanın dört bir yanında çok hassas optik saatler yerleştirebilselerdi, bu kurulum araştırmacıların gezegenimizin yerçekimsel alanını haritalandırmasına yardımcı olabilir.
Ayrıca, Lodewyck, son derece hassas atomik saatlerin henüz göremeyeceğimiz maddeyi ve enerjiyi tespit edebildiğini belirtti. Bu, yerçekimsel bir çekim uygulayan karanlık maddeyi, sıradan ışıkla etkileşime girmeyen, karanlık enerjiyi, evrenin genişlemesini hızlandıran gizemli gücü de içerebileceğini söyledi.
İşte nasıl işe yarayabilir: Bir saniyenin zaman diliminde bazı atomları harekete geçirmek için gereken frekansı biliyorsanız, normalde beklediğinizden çok farklılıkları tespit etmek için dünyadaki bu çeşitli saatleri kullanabilirsiniz. Lodewyck, WordsSideKick.com'a verdiği demeçte, "karanlık maddenin etrafımızda olduğunu söyleyen bazı teoriler var, bu yüzden karanlık madde yığınını geçersek, bu saatin bozulmasına neden olur."
Barrett şu anda düşünemediğimiz uygulamalar bile olabilir. “Kesinlikle, geminin seyrüsefer için saatlerini geliştirmeye başladığımızda, hiç kimsenin etrafta dolaşıp, büyük bir şehirde nerede olduklarını bilme fikrini asla hayal etmedik.”
Aslen yayınlandı Canlı Bilim.