研究者らはこれまでで最も正確で正確な原子時計を打ち上げ、300億年ごとに1秒変化する2024 年 7 月 6 日
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研究者たちは、これまでのどの時計よりも正確で正確な原子時計を構築しました。この時計は、一般相対性理論によって予測される重力の影響を顕微鏡スケールで初めて検出することができました。この時計は、公式秒のより正確な定義が可能であり、新しい時計アプリケーションが実行可能であることを示す最新の実証です。
世界で最も正確な原子時計が物理学の新たな境地を開く
人類の絶え間ない完璧さの追求の中で、科学者たちはこれまでに作られたどの時計よりも正確で正確な原子時計を開発しました。新しい時計は、国立標準技術研究所（NIST）とコロラド大学ボルダー校の共同機関であるJILAの研究者によって製造された。広大な宇宙空間での正確なナビゲーションと新しい粒子の探索を可能にするこの時計は、単なる時間の測定を超越した最新の時計です。精度が向上したこれらの次世代時計は、隠された地下鉱床を明らかにし、一般相対性理論などの基本理論を前例のない厳密さで検証できるようになります。原子時計の設計者にとって、重要なのは、より優れた時計を構築することだけではありません。それは宇宙の秘密を解き明かし、何世代にもわたって私たちの世界を形作るテクノロジーへの道を開くことです。
2番目を再定義する
世界の科学界は、これらの次世代光原子時計に基づいて、第 2 の国際的な時間単位を再定義することを検討しています。今日の原子時計は、マイクロ波を使用して 2 番目の発光原子を測定します。この新世代の時計は、はるかに高い周波数を持つ可視光波で原子を照射し、より正確に秒をカウントできるようにします。現在のマイクロ波時計と比較して、光時計は国際的な計時においてはるかに高い精度を提供すると期待されており、300億年にわずか1秒しか失われる可能性はありません。しかし、これらの原子時計がこれほどの精度で動作できるようになるには、非常に高い精度が必要です。言い換えれば、1 秒のごくわずかな部分を測定できなければなりません。高精度と高精度を達成することは、多大な影響を与える可能性があります。
間に合いました
JILA の新しい時計は、「光ネットワーク」として知られる光のネットワークを使用して、数万個の個々の原子を同時に捕捉して測定します。このような大規模なアレイを持つことにより、精度において大きな利点が得られます。測定される原子の数が増えるほど、時計が秒単位で正確に測定するために必要なデータも多くなります。記録的なパフォーマンスを達成するために、JILA の研究者らは、以前の光学グリッド時計と比較して、より浅くて柔らかいレーザー光の「グリッド」を使用して原子を捕捉しました。これにより、誤差の 2 つの主な原因が大幅に減少しました。それは、原子を捕捉するレーザー光の影響と、原子が近づきすぎると互いに衝突する影響です。
研究者は、Physical Review Letter で自分たちの進歩について説明しています。
最小スケールでの相対性理論の測定
この時計は非常に正確であるため、一般相対性理論などの理論によって予測される小さな効果を、顕微鏡スケールであっても検出できます。それは時間の測定において可能なことの限界を押し広げています。
一般相対性理論は、空間と時間の歪みによって重力がどのように引き起こされるかを説明するアインシュタインの理論です。一般相対性理論の主な予測の 1 つは、時間自体が重力の影響を受けるというものです。重力場が強いほど、時間の経過は遅くなります。この新しい時計の設計により、およそ人間の髪の毛の太さであるサブミリメートルスケールで時間を測定する際の相対論的効果の検出が可能になる可能性がある。
研究者は、時計の針をこのわずかな距離で上げ下げするだけで、重力の影響によって引き起こされる時間の流れの小さな変化を識別するのに十分です。
一般相対性理論の効果を微視的なスケールで観察できるこの能力は、微視的な量子の領域と一般相対性理論によって記述される大規模な現象との間のギャップを大幅に埋めることができます。
宇宙航行と量子の進歩
より正確な原子時計により、宇宙でのより正確なナビゲーションや探査も可能になります。人類が太陽系のさらに奥深くに進出すると、時計は長距離にわたって正確な時間を刻む必要があります。たとえ小さなタイミングエラーであっても、移動中に急激に増加するナビゲーションエラーにつながる可能性があります。
火星に探査機をミリ単位の精度で着陸させたい場合は、今日の GPS よりもはるかに正確な時計が必要になります。この新しい時計はそれを可能にするための重要な一歩です。
原子の捕捉と制御に使用されるのと同じ方法が、量子コンピューティングにも進歩をもたらす可能性があります。量子コンピューターは、計算を実行するために、個々の原子または分子の内部特性を正確に操作できる必要があります。微視的な量子システムの制御と測定の進歩により、この取り組みは大幅に前進しました。
研究者たちは、量子力学と一般相対性理論の理論が交わる微視的な領域に足を踏み入れることで、現実そのものの基本的な性質について新たなレベルの理解への扉を開いている。重力によって時間の流れが歪められる無限小のスケールから、暗黒物質や暗黒エネルギーが影響を与える広大な宇宙のフロンティアまで、この時計の絶妙な精度は、宇宙の最も深い謎の一部を明らかにすることを約束します。
私たちは計測科学の最前線を開拓しています。このレベルの精度で物事を測定できるようになると、これまで理論化することしかできなかった現象が見え始めます。