Ceasul atomic NIST-F4: o inovație în măsurarea timpului
Fizicienii de la Institutul Național pentru Standarde și Tehnologii (NIST) din Boulder, Colorado, au dezvoltat un ceas atomic extrem de precis, destinat să devină un sistem de referință pentru definirea unităților de timp, conform unui articol publicat de Live Science. Acest ceas, numit NIST-F4, utilizează oscilațiile atomilor de cesiu sub influența microundelor.
O precizie remarcabilă
Se afirmă că NIST-F4 este atât de exact încât, dacă ar fi fost activat cu 100 de milioane de ani în urmă, s-ar fi abătut cu mai puțin de o secundă până în prezent. Aceasta este o realizare semnificativă pentru cercetători, care au publicat detalii despre ceas în jurnalul Metrologia pe 15 aprilie. Noul ceas este așteptat să fie activat în aprilie 2025, după ce va trece printr-un proces de verificare și aprobat pentru a fi inclus în grupul de aproximativ 450 de ceasuri atomice care stabilesc standardul Coordinated Universal Time (UTC).
Importanța semnalelor temporale
Semnalele temporale sunt esențiale în activități zilnice, având aplicații variate, de la sincronizarea ceasurilor până la asigurarea ștampilării precise a tranzacțiilor financiare globale, în valoare de sute de miliarde de dolari, după cum a explicat Liz Donley, șefa Diviziei Timp și Frecvență de la NIST.
Cum funcționează NIST-F4
Spre deosebire de ceasurile convenționale, NIST-F4, un ceas sursă (fountain clock), utilizează vibrațiile atomilor. Acesta conține un nor de mii de atomi de cesiu, răciți aproape de zero absolut prin raze laser. Atomii sunt propulsați în sus de un sistem de unde laser și cad sub influență gravitației, trecând printr-un fascicul de microunde care determină oscilațiile lor.
Definirea standardului internațional al secundei
Frecvența acestor oscilații, măsurată la 9.192.631.770 de ori pe secundă, permite cercetătorilor să definească cu o acuratețe fără precedent standardul internațional al secundei. Totuși, aceasta reprezintă doar o parte a provocării.
Provocările fiabilității
Cercetătorii au fost nevoiți să ia în considerare sursele minuscule de zgomot de fundal care ar putea afecta măsurarea precisă a timpului, inclusiv efecte cuantice, scurgeri de microunde și distorsiuni electromagnetice. Ajustările acestei complexități au început în 2020, la patru ani după retragerea primului ceas atomic NIST-F1 pentru restaurare.
Atenția la detalii
„Evaluarea unui ceas sursă, cum e NIST-F4, este un proces care necesită timp”, a afirmat Vladislav Gerginov, coordonatorul studiului. Acesta a subliniat importanța unei evaluări riguroase: „Trebuie să fim foarte conservatori. Trebuie să cunoaștem fiecare detaliu.”
Un nivel de precizie remarcabil
Rezultatul acestor eforturi a fost un ceas atomic cu o incertitudine sistemică totală de 2.2×10 la puterea -16, o precizie incredibilă ce posibilizează abateri de mai puțin de o secundă la fiecare 140 de milioane de ani. Această deviație subtilă este cauzată de zgomotul de fundal inerent proceselor cuantice, un factor care, conform cercetătorilor, ar putea fi îmbunătățit prin utilizarea de oscilatoare de calitate superioară și prin optimizarea tehnicilor de răcire cu laser.
Funcționarea NIST-F4 în sincronizare cu NIST-F3
NIST-F4 va operează în paralel cu predecesorul său, NIST-F3. Ceasul recent va funcționa aproximativ 90% din timp, asigurând astfel că cel puțin unul din cele două ceasuri sursă este operativ în orice moment. Datele colectate de la aceste ceasuri sunt trimise periodic la Biroul Internațional de Măsuri și Greutăți (BIPM) pentru a calibra standardul internațional UTC.
