Cercetătorii din China au reușit să creeze unul dintre cele mai precise ceasuri construite vreodată în istoria omenirii. Cât de precis? Ei bine, este atât de exact încât ar putea determina în curând comunitatea științifică să redefinească oficial însăși noțiunea de secundă.
Cunoscut în cercurile de specialitate sub numele de ceas cu rețea optică de stronțiu, acest instrument sofisticat este capabil să măsoare secundele cu o precizie uluitoare, de până la 19 zecimale. Puneți asta în perspectivă: dacă l-ai lăsa să funcționeze timp de 30 de miliarde de ani – ceea ce reprezintă mai mult decât dublul vârstei actuale a întregului Univers – acest ceas ar înregistra o abatere de doar o singură secundă, în plus sau în minus.
Acest nivel de precizie absolută, care până nu demult părea complet imposibil, reprezintă un pas uriaș către un obiectiv științific major: schimbarea definiției oficiale a unei secunde în următorul deceniu sau cam așa ceva.
Pentru ca acest lucru să se întâmple, însă, există câteva condiții preliminare stricte. În primul rând, este necesar ca cel puțin trei ceasuri optice bazate pe același tip de „tic” și care demonstrează un anumit nivel de precizie și stabilitate să fie utilizate și validate în diferite instituții independente.
Noul ceas optic îndeplinește perfect aceste cerințe de precizie și stabilitate. Iar beneficiile nu se opresc la îmbunătățirea cronometrării noastre: pe lângă rescrierea timpului, acest instrument i-ar putea ajuta pe oamenii de știință în căutarea evazivei materii întunecate și ar putea măsura diferențele subtile din câmpul gravitațional al Pământului.
De ce avem nevoie de o nouă definiție a secundei?
Secunda a fost definită inițial destul de simplu, ca o fracțiune de zi – mai exact, a 86.400-a parte dintr-o zi. Acest număr se obține dacă împarți 24 de ore în câte 60 de minute fiecare, iar apoi fiecare minut în câte 60 de secunde.
Este o metodă suficient de bună pentru orientarea noastră generală de zi cu zi, dar pur și simplu nu este suficient de riguroasă pentru aplicațiile științifice și industriale moderne. Din păcate, „o zi” nu este o măsurătoare tocmai exactă. Viteza de rotație a Pământului variază constant din cauza unei întregi serii de factori, ceea ce ar însemna că durata unei secunde s-ar modifica permanent dacă aceasta ar fi încă definită strict ca o fracțiune de zi.
Din fericire, crearea ceasurilor atomice a schimbat complet jocul, permițând oamenilor de știință să măsoare secunda în mod independent, bazându-se pe caracteristici neschimbătoare ale naturii. Astfel, începând din anul 1967, secunda a fost definită oficial în Sistemul Internațional de Unități (SI) ca fiind exact 9.192.631.770 de oscilații ale atomului de cesiu-133.
De la Cesiu la Stronțiu: un salt cuantificabil pentru acest ceas optic
Deși este o precizie extrem de mare, știința ne arată că mai există încă loc de îmbunătățiri. Atomi precum stronțiul oscilează la frecvențe uimitoare de lumină vizibilă, producând aproximativ 700 de cvadrilioane de „ticuri” pe secundă, în comparație cu cele 9 miliarde ale cesiului. Ceasurile optice sunt capabile să măsoare aceste oscilații ultrarapide, rezultând o precizie remarcabilă de 10-18 secunde.
În acest nou studiu, o echipă de cercetători de la Universitatea de Știință și Tehnologie din China (USTC) a detaliat îmbunătățirile aduse ceasului optic cu stronțiu al instituției. Aceste inovații au reușit să reducă incertitudinea la un incredibil 9,2 x 10-19 și stabilitatea la 6,3 x 10-19.
„Această performanță îndeplinește cerința de precizie de 2 x 10⁻¹⁸ pentru un singur ceas, necesară redefinirii secundei SI, cu aplicații potențiale în geodezia relativistă și în căutările de materie întunecată de înaltă rezoluție”, scriu cercetătorii într-un nou articol care descrie lucrarea, citat de Science Alert.
Echipa afirmă că alte două ceasuri optice cu stronțiu au depășit deja acest prag extrem de exigent, la fel ca alte două ceasuri care măsoară timpul folosind ioni de aluminiu. Cu tot mai multe dintre aceste ceasuri ultraprecise unindu-și forțele, criteriile stricte ar putea fi îndeplinite în curând pentru ca secunda să fie în sfârșit redefinită oficial.
Aceste tipuri de decizii majore sunt luate la Conferința Generală pentru Măsuri și Greutăți (CGPM), un organism care se reunește o dată la patru ani. Următoarea întâlnire este programată pentru luna octombrie a acestui an, dar nu s-au înregistrat suficiente progrese globale în ceea ce privește toate criteriile pentru ca o redefinire să fie decisă la această reuniune.
În schimb, comitetului i s-a solicitat să „lucreze la o propunere pentru noua definiție a secundei, care să fie prezentată la cea de-a 29-a reuniune a CGPM (2030), precum și la o propunere privind data punerii sale în aplicare”.
Cercetarea privind revoluționarul ceas optic al USTC a fost publicată în revista Metrologia.
