ZNANSTVENICI s američkog Nacionalnog instituta za standarde i tehnologiju (NIST) srušili su sve rekorde, predstavivši sat koji je za nevjerojatnih 41 posto precizniji od dosadašnjeg prvaka u mjerenju vremena. Ovaj revolucionarni uređaj temelji se na mjerenju sićušnih vibracija jednog iona aluminija, ohlađenog gotovo do apsolutne nule, čime postiže preciznost od čak 19 decimalnih mjesta pri izračunu sekunde.

No, nije srušen samo rekord u preciznosti, tehnički poznatoj kao sustavna nesigurnost. Novi sat je ujedno i 2,6 puta stabilniji od bilo kojeg drugog uređaja te vrste, što predstavlja ogroman skok naprijed.

„Raditi na najpreciznijem satu na svijetu uistinu je uzbudljivo“, ističe fizičar Mason Marshall iz NIST-a. „Ovdje u NIST-u imamo priliku provoditi dugoročne projekte u preciznom mjerenju koji pomiču granice fizike i našeg razumijevanja svemira.“

Kvantna mehanika u službi vremena

Ovaj sat, kruna dvadesetogodišnjeg istraživanja, temelji se na dubokom poznavanju kvantne fizike. Njegova osjetljivost je tolika da i najmanji pomak u okolini može uzrokovati neznatna, ali mjerljiva odstupanja u radu. Kako bi se to spriječilo, znanstvenici su zadebljali dijamantnu pločicu koja čini kućište sata, kao i zlatne premaze na unutarnjim elektrodama. Time su dodatno stabilizirali električna polja ključna za precizno „otkucavanje“.

Ključ pouzdanosti leži u jedinstvenom partnerstvu – ion aluminija uparen je s nabijenim atomom magnezija. Taj „pomoćni“ ion olakšava kontrolu aluminija pomoću lasera, čime su istraživači dobili pobjedničku kombinaciju iznimne preciznosti i stabilnosti. Laser za eksperiment dopremljen je iz susjednog laboratorija udaljenog 3,6 kilometara, koji je i sam na glasu po svojoj preciznosti.

Zahvaljujući svim poboljšanjima, vrijeme potrebno za prikupljanje podataka za mjerenje jedne sekunde s točnošću od 19 decimala smanjeno je s tri tjedna na samo dan i pol. „Ovo je velik i složen izazov jer doslovno svaki dio dizajna utječe na rad sata“, objašnjava Daniel Rodriguez Castillo, inženjer elektrotehnike iz NIST-a.

Čemu služi ovako precizan sat?

Ovakvi satovi, naravno, ne služe da bismo znali kada je vrijeme za spavanje. Njihova je uloga puno fundamentalnija: oni su referentna točka za samo mjerenje vremena. Koriste se za kalibraciju drugih, manje preciznih satova, u složenim znanstvenim eksperimentima te za istraživanje tajni svemira. Precizno definiranje trajanja jedne sekunde temelj je moderne fizike.

Njihova primjena ključna je u raznim znanstvenim područjima, od potrage za tamnom tvari do testiranja Einsteinove teorije relativnosti. Znanstvenici vjeruju da ovo nije kraj puta te da se daljnjim poboljšanjem stabilnosti sustava i usavršavanjem kontrole nad ionima može postići još veća preciznost.

„S ovom platformom spremni smo istražiti nove arhitekture satova, poput povećanja broja iona, pa čak i njihovog kvantnog ispreplitanja, čime ćemo dodatno poboljšati naše mjerne sposobnosti“, zaključuje fizičarka Willa Arthur-Dworschack. Istraživanje je objavljeno u znanstvenom časopisu Physical Review Letters.