(Lifehunter/iStock/Getty Images) Die Definition einer Sekunde, der grundlegendsten Einheit von Zeit in unserem aktuellen Messsystem seit mehr als 70 Jahren nicht mehr aktualisiert wurde (plus oder minus ein paar Milliardstelsekunden).
Aber im nächsten Jahrzehnt oder so könnte sich das ändern: Ultrapräzise optische Atomuhren, die auf sichtbarem Licht basieren, sind auf dem besten Weg, die neue Definition einer Sekunde festzulegen.
Diese neueren Versionen der Atomuhr sind zumindest theoretisch viel präziser als die Goldstandard-Cäsiumuhr, die eine Sekunde auf der Grundlage der Schwingung von Cäsium misst Atome wenn es ausgesetzt ist Mikrowellen .
„Man kann es sich so vorstellen, als hätte man ein Lineal mit Häkchenmarkierungen pro Millimeter, im Gegensatz zu einem Stock, der nur 1 Meter misst“, sagte Jeffrey Sherman, ein Forscher der Zeit- und Frequenzabteilung des National Institute of Standards and Technology in Boulder. Colorado, sagte gegenüber WordsSideKick.com.
Im Juni wird das Internationale Büro für Maß und Gewicht möglicherweise die Kriterien veröffentlichen, die für eine zukünftige Definition des zweiten Gewichts erforderlich sind. Die New York Times gemeldet . Bisher ist keine einzige optische Uhr für die Hauptsendezeit bereit.
Aber eine neue Definition könnte bereits 2030 offiziell verabschiedet werden, sagte Sherman.
Die neuartige optische Uhr könnte bei der Enttarnung helfen Dunkle Materie , die unsichtbare Substanz, die eine Anziehungskraft ausübt; oder Reste davon finden Urknall angerufen Gravitationswellen , die Wellen hinein Freizeit vorhergesagt durch Einsteins Relativitätstheorie.
Grundlegende Maßeinheit
Die aktuelle Standardsekunde basiert auf einem Experiment aus dem Jahr 1957 mit einem Isotop oder einer Variante von Cäsium. Wenn sie mit Mikrowellenenergie einer bestimmten Wellenlänge gepulst werden, sind die Cäsiumatome am stärksten „angeregt“ und setzen die größtmögliche Anzahl von Photonen oder Lichteinheiten frei.
Diese Wellenlänge, die als natürliche Resonanzfrequenz von Cäsium bezeichnet wird, bewirkt, dass die Cäsiumatome 9.192.631.770 Mal pro Sekunde „ticken“.
Diese ursprüngliche Definition einer Sekunde war 1957 an die Länge eines Tages gebunden – und diese war wiederum mit variablen Dingen verbunden, wie der Rotation der Erde und der Position anderer Himmelsobjekte zu dieser Zeit. entsprechend Die New York Times .
Im Gegensatz dazu messen optische Atomuhren die Schwingung von Atomen, die viel schneller „ticken“ als Cäsiumatome, wenn sie mit Licht im sichtbaren Bereich des elektromagnetischen Spektrums gepulst werden. Da sie viel schneller ticken können, können sie theoretisch eine Sekunde mit einer viel feineren Auflösung definieren.
Es gibt mehrere Anwärter darauf, Cäsium als amtierenden Zeitnehmer zu verdrängen, darunter Strontium, Ytterbium und Aluminium. Jedes habe seine Vor- und Nachteile, sagte Sherman.
Um solche Uhren zu erhalten, müssen Forscher Atome suspendieren und dann auf eine Haaresbreite des absoluten Nullpunkts abkühlen und sie dann mit der genau abgestimmten Farbe des sichtbaren Lichts pulsieren lassen, das zur maximalen Anregung der Atome erforderlich ist.
Ein Teil des Systems beleuchtet die Atome, der andere zählt die Schwingungen.
Aber einige der größten Herausforderungen bestehen darin, sicherzustellen, dass der Laser genau die richtige Lichtfarbe aussendet – beispielsweise einen bestimmten Blau- oder Rotton –, die erforderlich ist, um die Atome in ihre Resonanzfrequenz zu bringen, sagte Sherman.
Der zweite Schritt – das Zählen der Schwingungen – erfordert einen sogenannten Femtosekundenlaser-Frequenzkamm, der in winzigen Abständen Lichtimpulse sendet, sagte Sherman.
Beide Elemente seien unglaublich komplizierte technische Meisterleistungen und könnten allein einen ganzen Laborraum einnehmen, sagte Sherman.
Verwendung optischer Uhren
Warum wollen Wissenschaftler also immer präzisere Atomuhren zur Messung der Sekunde? Es ist nicht nur eine akademische Übung.
Die Zeit läuft nicht einfach nach ihrem eigenen Rhythmus; Einsteins Relativitätstheorie sagt, es sei durch Masse verzogen und Schwere .
Infolgedessen kann die Zeit auf Meereshöhe, wo das Gravitationsfeld der Erde stärker ist, unendlich langsamer ticken als auf dem Gipfel des Mount Everest, wo es etwas schwächer ist.
Die Erkennung dieser winzigen Veränderungen im Zeitfluss könnte auch Hinweise auf neue Physik liefern.
Zum Beispiel, Dunkle Materie Bisher wurde der Einfluss von Galaxien nur im fernen Tanz umeinander kreisender Galaxien, in der Lichtbeugung um Planeten und Sterne und im übriggebliebenen Licht der Galaxien festgestellt Urknall .
Aber wenn Klumpen dunkler Materie näher an der Heimat lauern, könnten ultrapräzise Uhren, die die winzige Verlangsamung der Zeit erkennen, sie finden.
In ähnlicher Weise quetschen und dehnen Gravitationswellen die Zeit, wenn sie das Gefüge der Raumzeit erschüttern. Einige der größten Gravitationswellen werden vom Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory entdeckt, einem mehrere tausend Meilen langen Staffellauf um Licht, der durch katastrophale Ereignisse wie verursachte Ausreißer in der Raumzeit misst schwarzes Loch Kollisionen.
Aber ein Bataillon von Atomuhren im Weltraum könnte diese erkennen Zeitdilatation Effekte für viel langsamere Gravitationswellen, wie sie von der kosmischer Mikrowellenhintergrund .
„Es handelt sich um sogenannte Urgravitationswellen, die möglicherweise Überbleibsel des Urknalls sind“, sagte Sherman.
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