Tenk deg en klokke så presis at hvis du startet den i dag og lot den gå 30 milliarder år (mer enn det dobbelte av universets nåværende alder) ville falle like bak et sekund. Det er ikke science fiction: det er resultatet av en studie nettopp publisert i tidsskriftet Metrologi av forskere ved University of Science and Technology of China (USTC). Dette optisk klokke allo strontium den er i stand til å måle den andre med en nøyaktighet på 19 desimalernok til å bidra til å etablere en ny global standard for måling av tid, som vil bli diskutert i 2030.
Fordi denne kinesiske klokken er mer presis enn atomklokken
For å forstå hva vi snakker om, er det nyttig å ta et skritt tilbake. Den offisielle definisjonen av den andre som vi bruker i dag går tilbake til 1967: fra det øyeblikket, i det internasjonale systemet for måleenheter, er et sekund definert som tidsintervallet de oppstår i 9.192.631.770 svingninger av atomet til cesium-133. Cesium atomklokker har vært gullstandarden for måling av tid i flere tiår, og er fortsatt svært presise instrumenter. Men med det strontium du kan gjøre det bedre, fordi det svinger rundt 700 000 milliarder ganger per sekunddvs. med en oscillasjonsperiode som er titusenvis av ganger mindre enn den for cesium-133. Dette gir seg utslag i flere «merker» å måle tid på, og derfor større presisjon.
Spesielt har den nye kinesiske optiske klokken oppnådd en nøyaktighet på 9,2 · 10–19 (oversatt betyr det at den relative feilen for tidsmålingen er mindre enn en milliarddel av en milliarddel) med en stabilitet på 6,3 · 10–19. Dette er tall som cesiumklokker ikke engang kan komme i nærheten av, men nøkkelen er dette: de overskrider kravet til 2 · 10–18 satt av det internasjonale metrologiske samfunnet som minimumsterskelen for å vurdere en optisk klokke egnet for omdefinering av den andre.
Hva skal til for å omdefinere sekundet utover USTC-klokken
Denne nye kinesiske klokken, selv om den er presis, er ikke nok til å endre definisjonen av den andre. For å fortsette med omdefineringen krever det internasjonale vitenskapelige samfunnet det minst tre optiske klokker basert på samme type oscillasjon, og med tilstrekkelige nivåer av presisjon og stabilitet, er operative i forskjellige institusjoner rundt om i verden.
Den nye USTC-klokken slutter seg til en gruppe instrumenter som gradvis oppfyller disse kravene: ytterligere to strontiumbaserte optiske klokker og to aluminiumioner allerede har overskredet den nødvendige terskelen. Kort sagt, det er grunnlaget for å komme frem til en mer presis offisiell definisjon av den andre. Vi diskuterer dette neste gang Generalkonferanse om mål og vektsom arrangeres i oktober i år. I den anledning legges grunnlaget for et formelt forslag om endring av definisjonen, som vil bli behandlet i den påfølgende generalkonferansen som avholdes i 2030.
Hva er vitsen med en så nøyaktig klokke?
Det er legitimt å spørre: men i det praktiske livet, hvilken forskjell gjør det om den andre er definert med 18 eller 19 desimaler? Svaret er: veldig mye, for noen applikasjoner. La oss tenke på den ultranøyaktige målingen av forskjellene i jordens gravitasjonsfelt (det som i teknisk sjargong kalles relativistisk geodesi): ifølge Einsteins generelle relativitetsteori flyter faktisk tiden litt langsommere der tyngdekraften er mer intens, derfor blir en ekstremt presis klokke også et bedre mål på gravitasjonsfeltet, med applikasjoner innen geofysikk, geologi (tenk på å overvåke bevegelsene til jordskorpen) men også for å forbedre navigasjonssystemer som GPS.
Klokker med denne presisjonen kan også hjelpe astronomer se etter mørk materie. Noen teorier forutsier at denne hypotetiske og unnvikende typen materie kan forårsake små svingninger i grunnleggende fysiske konstanter, som kan – det betingede her er et must – oppdages som umerkelige variasjoner i tidsrytmen som kan måles av ultrapresise klokker.
