บาคาร่า ผลลัพธ์ที่ทำลายสถิติเผยให้เห็นถึงความแม่นยำอันน่าทึ่งที่นาฬิกาอะตอมทำได้มิลลิเมตรอาจดูเหมือนไม่มาก แต่แม้ระยะทางเพียงเล็กน้อยก็สามารถเปลี่ยนแปลงกระแสของเวลาได้
ตามทฤษฎีแรงโน้มถ่วงของไอน์สไตน์ ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปนาฬิกาจะเดินเร็วขึ้นหากอยู่ห่างจากโลกหรือวัตถุขนาดใหญ่อื่นๆ ( SN: 10/4/15 ) ในทางทฤษฎี มันควรจะเป็นจริงแม้ในความแตกต่างเพียงเล็กน้อยในความสูงของนาฬิกา ตอนนี้นาฬิกาอะตอมที่มีความไวอย่างเหลือเชื่อได้ตรวจพบการเร่งความเร็วของตัวอย่างอะตอมขนาดมิลลิเมตร ซึ่งเผยให้เห็นผลกระทบจากความสูงที่ต่างกันน้อยกว่าที่เคยเป็นมา นักวิจัยรายงานวันที่ 24 กันยายนที่ arXiv.org เวลาเคลื่อนที่เร็วขึ้นเล็กน้อยที่ด้านบนสุดของตัวอย่างนั้น
นักฟิสิกส์เชิงทฤษฎี Marianna Safronova จากมหาวิทยาลัยเดลาแวร์ในนวร์กกล่าวว่า “นี่เป็นเรื่องมหัศจรรย์” ซึ่งไม่ได้เกี่ยวข้องกับการวิจัยกล่าว “ฉันคิดว่าต้องใช้เวลานานกว่าจะถึงจุดนี้” ความแม่นยำสูงสุดของการวัดนาฬิกาอะตอมชี้ให้เห็นถึงศักยภาพในการใช้นาฬิกาที่มีความละเอียดอ่อนเพื่อทดสอบแนวคิดพื้นฐานอื่นๆ ในวิชาฟิสิกส์
คุณสมบัติโดยธรรมชาติของอะตอมทำให้นักวิทยาศาสตร์สามารถใช้เป็นนาฬิกาได้
อะตอมมีระดับพลังงานต่างกัน และความถี่แสงเฉพาะทำให้พวกมันกระโดดจากระดับหนึ่งไปอีกระดับหนึ่ง ความถี่นั้น — อัตราการกระดิกของคลื่นแสง — มีจุดประสงค์เดียวกับเข็มวินาทีที่เข็มนาฬิกาเดินอยู่เป็นประจำ สำหรับอะตอมที่อยู่ไกลจากพื้นโลก เวลาจะวิ่งเร็วขึ้น ดังนั้นจะต้องใช้ความถี่แสงมากขึ้นเพื่อให้พลังงานกระโดด ก่อนหน้านี้ นักวิทยาศาสตร์ได้วัดการเลื่อนความถี่นี้ ซึ่งเรียกว่าการเปลี่ยนแปลงความโน้มถ่วงจากความต่างของความสูง33 เซนติเมตร ( SN: 9/23/10 )
ในการศึกษาครั้งใหม่ นักฟิสิกส์ Jun Ye จาก JILA ในเมืองโบลเดอร์ รัฐโคโล และเพื่อนร่วมงานได้ใช้นาฬิกาที่ประกอบด้วยอะตอมสตรอนเทียมเย็นจัดประมาณ 100,000 อะตอม อะตอมเหล่านั้นถูกจัดเรียงเป็นโครงตาข่าย หมายความว่าอะตอมนั่งที่ระดับความสูงที่แตกต่างกันราวกับยืนอยู่บนขั้นบันได การทำแผนที่ว่าความถี่เปลี่ยนแปลงไปอย่างไรจากความสูงเหล่านั้นเผยให้เห็นถึงการเปลี่ยนแปลง หลังจากแก้ไขผลกระทบที่ไม่ใช่แรงโน้มถ่วงซึ่งสามารถเปลี่ยนความถี่ ความถี่ของนาฬิกาเปลี่ยนแปลงไปประมาณหนึ่งในร้อยของสี่พันล้านเปอร์เซ็นต์ในช่วงมิลลิเมตร ซึ่งเป็นปริมาณที่คาดหวังตามทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป
ยิ่งไปกว่านั้น หลังจากเก็บข้อมูลเป็นเวลาประมาณ 90 ชั่วโมง เปรียบเทียบการขีดข่วนของส่วนบนและส่วนล่างของนาฬิกา นักวิทยาศาสตร์ได้พิจารณาแล้วว่าเทคนิคของพวกเขาสามารถวัดอัตราการฟ้องที่สัมพันธ์กันได้อย่างแม่นยำถึง 0.76 ในล้านส่วนล้านล้านเปอร์เซ็นต์ ทำให้เป็นสถิติสำหรับการเปรียบเทียบความถี่ที่แม่นยำที่สุดเท่าที่เคยมีมา
ในการศึกษาที่เกี่ยวข้อง
ซึ่งได้ส่งไปยัง arXiv.org เมื่อวันที่ 24 กันยายน ทีมนักวิจัยอีกกลุ่มหนึ่งได้โหลดอะตอมสตรอนเทียมลงในส่วนเฉพาะของโครงตาข่ายเพื่อสร้างนาฬิกาหกเรือนในเรือนเดียว “มันน่าตื่นเต้นมากที่พวกเขาทำเช่นกัน” ซาโฟรโนว่ากล่าว
Shimon Kolkowitz จากมหาวิทยาลัยวิสคอนซิน–แมดิสัน และคณะได้วัดอัตราการฟ้องสัมพันธ์ของนาฬิกาสองเรือน โดยคั่นด้วยขนาดประมาณหกมิลลิเมตร เพื่อให้ได้ความแม่นยำ 8.9 ในล้านล้านเปอร์เซ็นต์ ซึ่งตัวมันเองคงจะเป็นสถิติใหม่ที่มี มันไม่ได้ถูกตีโดยกลุ่มของ Ye ด้วยความไวดังกล่าว นักวิทยาศาสตร์สามารถตรวจพบความแตกต่างระหว่างนาฬิกาสองนาฬิกาที่เดินในอัตราที่ต่างกันเล็กน้อยจนพวกเขาไม่เห็นด้วยภายในเวลาเพียง 1 วินาทีหลังจากผ่านไปประมาณ 300 พันล้านปี นาฬิกาของ Ye สามารถตรวจจับความคลาดเคลื่อนที่น้อยกว่าระหว่างสองส่วนของนาฬิกาในหนึ่งวินาทีที่รวมกันได้ประมาณ 4 ล้านล้านปี แม้ว่าทีมของ Kolkowitz จะยังไม่ได้วัดการเปลี่ยนแปลงของแรงโน้มถ่วง แต่การตั้งค่านี้สามารถนำมาใช้ในอนาคตได้
ผู้เขียนของการศึกษาทั้งสองปฏิเสธที่จะแสดงความคิดเห็น เนื่องจากเอกสารยังไม่ผ่านกระบวนการตรวจสอบโดยเพื่อน
Victor Flambaum นักฟิสิกส์เชิงทฤษฎีแห่งมหาวิทยาลัยนิวเซาธ์เวลส์ในซิดนีย์กล่าวว่าการวัดที่แม่นยำนั้นบ่งบอกถึงความเป็นไปได้ในอนาคต ตัวอย่างเช่น “นาฬิกาอะตอมมีความแม่นยำมากจนอาจใช้ในการค้นหาสสารมืดได้” เขากล่าว สารลึกลับที่ไม่ปรากฏชื่อนี้แฝงตัวอยู่ในจักรวาลอย่างล่องหน สสารมืดบางประเภทที่สมมุติฐานสามารถเปลี่ยนแปลงเห็บของนาฬิกาได้ นักวิทยาศาสตร์ยังสามารถเปรียบเทียบนาฬิกาอะตอมที่ทำจากไอโซโทปที่แตกต่างกันได้ เช่น อะตอมที่มีจำนวนนิวตรอนในนิวเคลียสต่างกัน ซึ่งอาจบ่งบอกถึงอนุภาคใหม่ที่ยังไม่ได้ค้นพบ และนาฬิกาอะตอมสามารถศึกษาว่าค่าคงที่พื้นฐานของธรรมชาติอาจแตกต่างกันไปหรือไม่ ( SN: 11/2/16 )
ความสามารถในการเปรียบเทียบนาฬิกาที่แตกต่างกันอย่างแม่นยำก็มีความสำคัญต่อเป้าหมายหลักของการบอกเวลาเช่นกัน นั่นคือ การอัพเดทคำจำกัดความของวินาที ( SN: 3/24/21 ) ความยาวของวินาทีถูกกำหนดโดยใช้นาฬิกาอะตอมรุ่นก่อนหน้าซึ่งไม่แม่นยำเท่ากับนาฬิกาที่ใหม่กว่าเหมือนที่ใช้ในการศึกษาใหม่สองครั้ง ( SN: 5/20/19 ) บาคาร่า
