年が経つにつれて腕時計が時間を失うことにうんざりしていませんか？ これまでで最も正確な新しい原子時計は、イッテルビウム原子とレーザーを使用して秒を正確に定義します。 FlickrユーザーEarls37a経由の画像
あなたの手首の時計が1年の間に5分間遅くなったとしたら、おそらく何も思わないでしょう。 しかし、科学者とエンジニアは、さまざまな用途で超高精度の原子時計に依存しており、数千年にわたって、より正確な時計の探求が進んでいます。
現在、国立標準技術研究所のAndrew Ludlow率いる研究者グループは、これまで以上に高い水準を設定しています。 昨日発表された最新の原子時計は、合計10 18秒実行した後、1.6秒の時間で不正確になると予測されています。つまり、約508億年にわたって1秒を失います。 。
彼らの時計を説明する論文で、研究者はこのレベルの正確さについて一対の類推を提供しました：「既知の宇宙の年齢を1秒未満の精度で指定することと同等です」、彼らは書きました、または原子の幅よりも。」
すべてのクロックと同様に、アトミッククロックは、規則的に発生する物理的なイベントから1秒の継続時間を基にすることにより、一貫した時間を維持します。 機械式時計は振り子の揺れを使用して時間を維持しますが、原子時計はさらに規則的に発生するメカニズムを使用します：原子を2つのエネルギー状態の間で変動させるために必要な特定の光の周波数（具体的には、基底状態から移行するため）常に励起状態になります）、これは常に均一な値です。 たとえば、1秒の持続時間を定義する現在の国際標準は、セシウム原子が2つのエネルギー状態間で変動し、その過程で可能な限り多くの光を放出するマイクロ波放射量の9, 192, 631, 770サイクルです。
ただし、いくつかの要因が、この周波数の最も慎重な測定でさえ歪める可能性があります。 この新しい時計の背後にいる研究者が行ったことは、これらの歪みを以前のどの時計よりも最小限に抑える革新的な設計を作成することです（異なる要素を使用）。
「光学格子時計」と呼ばれる彼らの設計は、イッテルビウム原子をレーザー光線の格子箱の中に閉じ込めます。 所定の位置に保持された原子は、第2のタイプのレーザーによって衝撃を受け、エネルギーレベルで電子が跳ね上がります。 センサーは、すべての原子がより高いエネルギーレベルに到達することを確認し、それを強制するために必要な正確な光周波数を1秒の正確な長さに変換します。
通常、原子が衝突すると、原子のわずかな物理的動きによって、エネルギーレベル（ドップラーシフトの結果）を上げるために必要な光の周波数が微妙に変化し、時計の精度が低下する可能性があります。 しかし、時計のニュースが最初に公開されたMIT Technology Reviewで説明されているように、レーザー光線の箱は「原子をドップラー効果を最小限に抑える万力のようなグリップに保持します」。さらに、格子は比較的多くのほとんどの原子時計と比較して原子の数（1, 000から1, 000, 000）であるため、これらをそれぞれより高いエネルギーレベルに上げるのに必要な放射線の量を平均すると、放射線の正確な周波数のより正確な値が得られ、それを使用して時間を設定します。
この2つの時計を比較すると、著者は驚くべきことを発見しました。それぞれの「目盛り」は時間間隔を完璧に測定するため、1つの時計が真の時間から1/10秒遅れるだけです。約50億年後の巨人。
この新しい時計と、原子時計全体の漸進的な改良は、純粋にアカデミックな追求のように思えるかもしれませんが、実際には、この技術の非常に有用なアプリケーションがたくさんあります。 たとえば、携帯電話の「マップ」アプリを見てください。 クロックを長距離で密接に同期する機能がないと、GPSシステムは機能しません。これは、複数の異なる衛星からGPS対応デバイスに信号が移動する時間の正確な比較に依存しているためです。
原子時計技術のこの最新の進歩を使用できる将来の追求は、時間の経過に伴う地球の形状とその重力場の小さな変化を正確に測定しようとする測地学の範囲内に収まる可能性があります。 地球に近づくと重力が強くなるため、すべての時計は1マイルの高さよりも海面の速度が無限に遅くなります。 現在、最も洗練された原子時計では、この速度の差は標高が数千フィート変化した場合にのみ測定できますが、新しい時計では、時計をわずか1センチ上下させるだけでシステムを検出できます氷河氷の厚さのわずかな変化や、構造プレートが衝突する際に山岳地帯によって得られる標高を測定するのに役立つ可能性があります。
