Учени в Китай създадоха един от най-прецизните часовници, правени някога – толкова точен, че в близко бъдеще може да доведе до официално преразглеждане на това какво точно означава „секунда“.
Става дума за т.нар. оптичен решетъчен часовник със стронций. Това високотехнологично устройство може да измерва времето с точност до 19 знака след десетичната запетая. Казано по друг начин – ако работи в продължение на 30 милиарда години (повече от два пъти възрастта на Вселената), той би се отклонил с едва една секунда.
Това ниво на прецизност, немислимо допреди няколко години, е сериозна стъпка към целта да бъде променена официалната дефиниция на секундата в следващото десетилетие.
За да се случи това обаче, трябва да бъдат изпълнени няколко условия. Например, поне три оптични часовника от един и същи тип – със сходна точност и стабилност – трябва да работят независимо в различни научни институции.
Новият часовник отговаря на тези изисквания. Освен че подобрява измерването на времето, той може да помогне на учените да търсят тъмна материя и да измерват по-прецизно разликите в гравитационното поле на Земята.
Първоначално секундата е била определена като част от денонощието – точно 1/86 400 от един ден. Това идва от разделянето на 24 часа на по 60 минути, а всяка минута – на по 60 секунди.
Тази дефиниция обаче не е достатъчно точна за научни и индустриални цели. Проблемът е, че „един ден“ не е абсолютно постоянна величина – скоростта на въртене на Земята се променя под влияние на различни фактори, което би променяло и дължината на секундата.
Създаването на атомните часовници позволява секундата да бъде определена независимо от тези колебания, въз основа на неизменни природни процеси. Така от 1967 г. насам тя се дефинира като точно 9 192 631 770 трептения на атома цезий-133.
Това е изключително точно, но има място за още по-голяма прецизност. Атоми като стронция трептят с честоти в диапазона на видимата светлина – около 700 квадрилиона „тикове“ в секунда, в сравнение с около 9 милиарда при цезия. Оптичните часовници могат да измерват тези трептения, постигайки точност от порядъка на 10⁻¹⁸ секунди.
В новото изследване учени от Китайския университет за наука и технологии описват подобрения в своя стронциев оптичен часовник, които намаляват неопределеността до 9,2 × 10⁻¹⁹ и стабилността до 6,3 × 10⁻¹⁹.
Това вече покрива изискването за точност от 2 × 10⁻¹⁸ за предефиниране на секундата, като същевременно отваря възможности за приложения в релативистичната геодезия и в търсенето на тъмна материя.
Още два стронциеви оптични часовника вече са достигнали този праг, както и два други, които измерват времето с помощта на алуминиеви йони. С увеличаването на броя на тези ултрапрецизни устройства условията за промяна на дефиницията скоро може да бъдат изпълнени.
Решения от такъв мащаб се вземат на Генералната конференция по мерки и теглилки, която се провежда на всеки четири години. Следващата среща е насрочена за октомври тази година, но се смята, че все още няма достатъчно напредък, за да бъде взето окончателно решение.
Вместо това учените работят към предложение за нова дефиниция на секундата, което може да бъде представено на конференцията през 2030 г., заедно с план за нейното въвеждане.
Изследването е публикувано в научното списание Metrologia.
