Dette nye atomur er så præcist, det kan bruges til at opdage mørkt stof

Forskere har opfundet et nyt ur, der holder tiden mere præcist end noget, der er kommet før.

Uret er så præcist, at det ikke vil vinde eller tabe mere end et sekund om 14 milliarder år - nogenlunde kosmos alder. Dens tikkende hastighed er så stabil, at den kun varierer med 0,000000000000000032 procent i løbet af en enkelt dag.

Det præcisitetsniveau er egentlig ikke nødvendigt for os, der stoler på ure, for at få os til en læge tid til tiden, eller at vide, hvornår man skal møde venner.

Men at holde tiden er bare begyndelsen. Dette nye ur er så præcist, at det kunne bruges til at opdage mørkt stof, måle de gravitationsbølger, der krusede over universet, og bestem den præcise form af Jordens gravitationsfelt med en hidtil uset præcision.

Ja, disse hyperpræcise ure kan hjælpe forskere med bedre at undersøge kosmos mysterier, sagde eksperter.

"Det viser sig, at hvis du har alle disse præcisionscifre til at foretage en måling, det kan give dig et mikroskop over selve vores univers, "sagde fysiker Andrew Ludlow fra National Institute of Standards and Technology i Boulder, Colo. Ludlow ledede arbejdet, der producerede det nye ur, som blev beskrevet i denne uge i journalen Natur .

Siden 1960’erne har tiden er blevet målt ved såkaldte atomure, der bruger de naturlige svingninger af et cæsiumatom som et pendul. Tænk på det som et ur med en hånd, der tikker lidt over 9 milliarder gange i sekundet.

Det optiske gitterur Ludlow og hans kolleger udviklede måler de meget hurtigere svingninger af et ytterbiumatom. Dens atompendul svinger omkring 10, 000 gange hurtigere, med en hastighed på 500 billioner gange i sekundet.

"Cæsium er et smukt atomsystem, men vi har nået de grundlæggende grænser for, hvor godt det kan være, "Sagde Ludlow." Ytterbium kan nedbryde tiden til meget finere intervaller, øge præcisionen, hvormed du kan måle den. "

Optiske gitterure har kun eksisteret i 15 år, og de er stadig på udviklingsstadiet, Sagde Ludlow. Forskere fortsætter med at pille ved dem, gradvist øge deres nøjagtighed med hver ny justering.

De fleste forbedringer i den seneste iteration skyldes et nyt varmeskjold, som Ludlows gruppe udviklede for et par år siden. Det beskytter ytterbiumatomerne mod virkningerne af varme og elektriske felter, som kan forstyrre deres naturlige svingninger.

"Vi vil være sikre på, at når vi måler atomets tikkende hastighed, vi måler den hastighed, Moder Natur gav det, og at det ikke forstyrres eller forskydes på grund af en miljøeffekt, " han sagde.

Med så mange svingninger, ytterbium -uret kan detektere forskydninger i vores planets tyngdefelt med en hidtil uset præcision, Ludlow og hans medforfattere skrev i Nature.

Som Einsteins teori om generel relativitet forudsiger, tiden bevæger sig forskelligt afhængigt af hvor du befinder dig i et tyngdekraftsfelt.

Et ur på toppen af ​​et højt bjerg - langt fra Jordens centrum - tikker lidt hurtigere end et ur ved bunden af ​​det samme bjerg.

Det er ikke en mekanisk fejl. Tiden går faktisk hurtigere på toppen af ​​bjerget.

De fleste ure er ikke præcise nok til at registrere den ekstremt subtile forskel. Trods alt, om 10 år, to ure, der er 1, 000 meter fra hinanden i højden vil være slukket med kun 31-milliontedele af et sekund.

Forskere har allerede demonstreret, at det er muligt at måle forskelle i Jordens tyngdefelt ved at sammenligne krydsfrekvensen for to optiske gitterure forskellige steder. Imidlertid, indtil nu kunne de samme tyngdekraftskort laves lige præcist ved hjælp af andre, billigere teknikker.

Det nye ur kan registrere ændringer i kun 1 centimeters højde, en måling langt mere præcis end tidligere var mulig, Sagde Ludlow.

Ud over, hans team er en del af et internationalt samarbejde, der bruger overfølsomme ure til at forsøge at opdage mørkt stof, de mystiske ting, der menes at være fem gange mere rigelige i universet end normalt stof.

"Meget lidt vides om mørkt stof, men de fleste teorier forudsiger, at det ville interagere med atomer på en måde, der ville påvirke vores ures tikkende hastighed, " han sagde.

Teamet eksperimenterer også med at bruge urene til at lede efter de samme typer af gravitationsbølger, der først blev observeret med LIGO -observatoriet, bekræfter et vigtigt aspekt af Einsteins signaturteori.

På trods af den utrolige præcision af det nye ur, holdet har endnu ikke nået grænsen for sine muligheder. Mere puslespil er allerede i gang.

"Forestillingen ligner intet, vi nogensinde har set før, "Sagde Ludlow, "men vi har allerede nogle ideer til, hvordan vi vil genopbygge ting, der kan føre til endnu større forbedringer."

© 2018 Los Angeles Times
Distribueret af Tribune Content Agency, LLC.