นาฬิกาลูทีเซียมไอออนเดี่ยวสร้างสถิติความแม่นยำใหม่

การจับเวลาที่หลักทศนิยมตำแหน่งที่ 19

ทีมที่ศูนย์เทคโนโลยีควอนตัมแห่งมหาวิทยาลัยแห่งชาติสิงคโปร์สร้างสิ่งที่พวกเขากล่าวว่าเป็นนาฬิกาอะตอมที่แม่นยำที่สุดเท่าที่เคยมีมา อุปกรณ์นี้ใช้ไอออนลูทีเซียมเดี่ยวและวัดการสั่นของอะตอมได้ถึงทศนิยม 19 ตำแหน่ง นักวิจัยรายงานความไม่แน่นอนประมาณ 1 x 10⁻¹⁹ ซึ่งต่ำที่สุดที่บันทึกไว้สำหรับนาฬิกาอะตอมเชิงแสง งานนี้ตีพิมพ์ในวารสาร Nature เมื่อวันที่ 23 กันยายน

นาฬิกาเชิงแสงทำงานโดยนับแสงที่อะตอมดูดกลืนเมื่อเปลี่ยนสถานะพลังงาน ยิ่งความถี่นั้นเสถียรเท่าใด นาฬิกาก็ยิ่งดีขึ้นเท่านั้น การเปลี่ยนสถานะของลูทีเซียมไม่ไวต่ออุณหภูมิและสนามแม่เหล็กอย่างผิดปกติ ซึ่งช่วยได้

สองนาฬิกา คำตอบเดียว

เพื่อทดสอบการออกแบบ ทีมสร้างนาฬิกาสองเรือนและปล่อยให้เดินเคียงกันเป็นเวลา 200 ชั่วโมง ทั้งคู่สอดคล้องกันภายใน 5.7 x 10⁻¹⁹ ตามที่นักวิจัยกล่าว นั่นเป็นการเปรียบเทียบนาฬิกาสองเรือนที่แม่นยำที่สุดเท่าที่เคยมีรายงาน

ทีมยังคิดค้นเทคนิคที่เรียกว่าการเฉลี่ยไฮเปอร์ไฟน์เพื่อกำหนดการเปลี่ยนสถานะของนาฬิกา และวัดความสูงของไอออนได้ต่ำกว่าหนึ่งมิลลิเมตร ความแตกต่างเล็กน้อยของความสูงมีความสำคัญเพราะแรงโน้มถ่วงเปลี่ยนจังหวะของเวลา

ทำไมจึงสำคัญ

นาฬิกาที่แม่นยำกว่าสามารถช่วยนักฟิสิกส์ทดสอบว่าค่าคงที่ของธรรมชาติเปลี่ยนแปลงตามเวลาหรือไม่ และอาจสนับสนุนวิธีใหม่ในการนิยามวินาที นิยามปัจจุบันอิงกับซีเซียมซึ่งเดินที่ความถี่ไมโครเวฟ นาฬิกาเชิงแสงเดินเร็วกว่าหลายแสนเท่า ซึ่งทำให้สร้างยากกว่าแต่แม่นยำกว่ามาก

ผลลัพธ์นี้เป็นการปรับปรุง 41 เปอร์เซ็นต์จากเจ้าของสถิติเดิม ทีมกล่าว คนอื่นในสาขาเตือนว่าการอ้างสถิติขึ้นอยู่กับวิธีวัดความไม่แน่นอน และต้องใช้เวลาหลายปีในการนำการออกแบบเช่นนี้ออกจากห้องปฏิบัติการ ถึงกระนั้น การเปรียบเทียบระหว่างนาฬิกาอิสระสองเรือนทำให้การวัดนี้มีน้ำหนักผิดปกติ นักวิจัยวางแผนทดสอบเพิ่มเติมเพื่อลดความไม่แน่นอน