Atomik saat üretildi ve kütle çekimsel dalgaları ölçmek için kullanılacak

Zaman, sadece bittiğinde önemli görünebiliyor. Fakat fizikçilere göre, zaman her zaman çok önemlidir. Görelilik, zaman akışının, ölçtüğünüz koşullara bağlı olduğunu bize bildirir: Saatler, örneğin, zemin seviyesine göre dağların tepesinde daha hızlı ilerler, ve daha hızlı gittiğinizde, saatleriniz gittikçe yavaşlar. Zaman uzaya bağlıdır.

Atomik saatlerdeki teknolojik ilerlemeler sayesinde -tasarladığımız en doğru zaman tutma cihazları- işleri tersine çevirebilir ve zamanın geçişini inceleyebilir, böylece fiziksel parametreleri daha doğru bir şekilde belirleyebiliriz. Mekan anlayışımız zamana bağlı olacaktır.

Dün Nature dergisinde anlatılan yeni saatler, şimdiki atomik saatlerin sözünden daha iyi söz verecek: Gelişmiş zaman işleyişi, iletişim ve navigasyon teknolojileri. Ancak, çevrelerindeki fiziki alana dair kavrayışlarına ek olarak, cihazlar kütle çekimsel dalgaları bulmaya, görelilik tahminlerini test etmeye ve kara madde için avlanmaya da yardımcı olabilir. Tüm bunlar, bu süper hassas saatler sayesinde gerçekleşiyor.

NIST, ultra kararlı bir ytterbium kafes atomik saatinin eski bir versiyonu. Ytterbium atomları bir fırında (solda büyük metal silindir) üretilir ve lazerlerin manipüle edilmesi ve problanması için fotoğrafın merkezinde bir vakum odasına gönderilir. Ayrıca lazer ışığı saate beş fiberle aktarılır (fotoğrafın alt ortasındaki sarı fiber gibi). (Kredi: Burrus / NIST)

Atomik Saatler

Bu her şey oldukça karmaşık görünebilir (ve öyle), bu yüzden temel bilgilerle başlayalım. Makalenin yazarları yardım ettiği gibi, “Zamanın geçişi, Dünya’nın devrimleri veya sarkaçların sallanması gibi bir frekans referansının salınımları sayılarak izlenir. Atomik geçişleri referans alarak, frekans (ve dolayısıyla zaman), diğer fiziksel miktarlardan daha kesin olarak ölçülebilir.” Öyleyse, belirli atomların enerji seviyeleri arasında ne sıklıkla değiştiğini ve en doğru tikleri ve tokları alacağınızı hesaplamalısınız.

Atomik saatlerde en önde gelen isim, Ulusal Standartlar ve Teknoloji Enstitüsü (NIST) ve bugünün araştırmasının yapıldığı yer. En son saatler, lazer ışınlarından yapılmış 1-D ızgaraları (yani sütunlar) içinde sıkışıp kalan, mutlak sıfıra yakın soğutulmuş 1.000 atom ytterbiyuma dayanır. Atomik saat performansının tüm ölçümleriyle -atom frekanslarının hatalarını en aza indirerek, tiklerin sabit kalmasını sağlayarak ve sonuçları tekrarlayabilerek- NIST araştırmacıları, inanılmaz derecede hassas saatler üretti. Saatlerin hata oranları milyarların milyarıdır.

Nesnelerin Şekli

Aslında, atomik saatler çok doğrudur ve çekimsel etkilere duyarlıdırlar. Normalde, zaman akışını düzelten göreceli orijinallikleri, bizim farketmemiz için bile çok fazladır - ama artık değil. Yazarların söylediği gibi, “Eğer bu saatler uzun bir taban çizgisi boyunca karşılaştırıldıysa veya dünyadaki diğer saatlerle uzaktan karşılaştırmalar için kullanılıyorsa, ölçüm Dünya’nın yüzeyindeki yerçekimsel bilgiyle sınırlandırılacaktır.” tik ve tokları değiştirebilecek tek şey yer çekiminin kendisidir.

Bu, Dünya’nın şeklini ve yerçekimi etkisini ölçen jeodezi bilimi için büyük bir olaydır. Gezegenin tam yüzeyinin şu anki resmimiz uydulara ve bilgisayar modellemesine bağlıdır ve bu da birkaç santimetreye kadar oldukça iyi bir çözünürlük sağlar. Ama bu atomik saatler, bu çözünürlüğü sadece bir santimetreye indirirdi. Bu saatlerden ikisiyle silahlandırılan araştırmacılar, deniz seviyesini iki farklı kıtada, bir dağın tam yüksekliğini veya yapmayı düşündükleri herhangi bir yüksekliğe dayalı (ve dolayısıyla yerçekimi temelli) ölçümleri karşılaştırabiliyorlardı.

Ve atomik saatler yerçekimine karşı çok hassas oldukları için, ilgili herhangi bir etkinlik için bir tür dedektör olarak hizmet edebilirler. Yerçekimi dalgaları, bizden ve bu gezegenden geçerken, bu saatlerin okumalarında ortaya çıkacaktı. Einstein’ın teorilerinin son derece ince deneysel testleri de artık mümkün. Ve en çarpıcı olanı, teknoloji, karanlık maddenin birkaç dakikasını, yerçekimi ile sadece etkileşime giren görünmez şeyleri tespit etmeye ve evrenin maddesinin büyük bir kısmını oluşturmaya yardımcı olabilir.

Açık olmak gerekirse, bunlar hala sadece olasılıklardır. Yazarlar sadece bu atomik saatleri kurdular ve ne kadar doğru olduklarını gösterdiler. Ama şimdi, teknolojinin bu kadar iyi çalıştığını biliyorlar, fizik keşiflerinin yeni bir geleceği sadece üzerimizde olabilir.