Stront w epicentrum czasu
Dnia 17 lutego 2011 r. finansowany ze środków unijnych zespół fizyków z Polski ogłosił zakończenie kluczowego etapu prac nad skonstruowaniem jednego z najprecyzyjniejszych zegarów na świecie. Ostatni z trzech najważniejszych podzespołów zegara - atomowy wzorzec czasu - zbudowany z zimnych atomów strontu właśnie został uruchomiony. Naukowcy przewidują zakończenie konstrukcji zegara jeszcze w tym roku. Projekt budowy polskiego, optycznego zegara atomowego rozpoczął się dwa lata temu w ramach szerszej sieci Krajowego Laboratorium Fizyki Atomowej, Molekularnej i Optycznej (KL FAMO), które jest częścią polskiego Narodowego Laboratorium Technologii Kwantowych (NLTK). NLTK to konsorcjum wiodących, polskich instytucji naukowych, które prowadzą badania w dziedzinie technologii kwantowych. Projekt budowy zegara jest finansowany przez polskie Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego, natomiast Europejski Fundusz Rozwoju Regionalnego wnosi swój wkład w finansowanie projektu NLTK w ramach programu operacyjnego "Innowacyjna gospodarka 2007 - 2013". W tę wspólną inicjatywę zaangażowały się grupy naukowców z całego kraju. Urządzenie, nad którym pracują, ma przewyższać dokładnością wykorzystywane obecnie, najbardziej zaawansowane zegary cezowe aż o dwa rzędy wielkości. Zegary opierają się na periodycznym zjawisku fizycznym zapewniającym wzorzec czasu, tj. rezonatorze kwarcowym, w którym oscyluje kryształ kwarcu taki jak na przykład w zegarkach na rękę. "W powszechnie stosowanych zegarach atomowych wykorzystuje się jedno z przejść elektronu między poziomami energetycznymi w atomach cezu" - zauważa zespół wyjaśniając, że w ramach polskiego projektu przyjęto odmienne podejście. "Krakowscy fizycy skonstruowali natomiast wzorzec działający na atomach strontu, w których przejścia elektronu między pewnymi poziomami energetycznymi wymagają pochłaniania i emitowania światła o częstotliwości znacznie wyższej niż w cezie, leżącej w zakresie optycznym (stąd przymiotnik 'optyczny' w nazwie zegara)." Wyższa częstotliwość przekłada się na mniejsze jednostki pomiaru, a zatem na wyższy poziom dokładności. Ultraprecyzyjne zegary są wykorzystywane między innymi do wyznaczania standardu sekundy, wartości mającej fundamentalne znaczenie dla wszystkich zastosowań opartych na pomiarze czasu. Wiele systemów, na których polega nasze społeczeństwo, takich jak współczesne systemy telekomunikacyjne i nawigacyjne, wymaga wysokiego stopnia dokładności. Ale są również i inne zastosowania. Możliwość superdokładnego pomiaru czasu ma również ogromne znaczenie na przykład w badaniach nad fundamentalnymi cechami rzeczywistości. "Polski zegar będzie się mylił zaledwie o sekundę na kilkadziesiąt miliardów lat, co jest okresem kilkukrotnie dłuższym od tego, jaki upłynął od Wielkiego Wybuchu. Tak precyzyjne urządzenia do pomiaru czasu można dziś znaleźć zaledwie w paru ośrodkach badawczych na świecie" - mówi profesor Wojciech Gawlik z Zakładu Fotoniki Instytutu Fizyki Uniwersytetu Jagiellońskiego w Krakowie. Profesor Gawlik kieruje zespołem naukowców, który zbudował atomowy wzorzec czasu. Wzorzec zostanie przetransportowany do KL FAMO w Toruniu, gdzie zegar zostanie złożony. Dwoma pozostałymi, kluczowymi komponentami zegara są grzebień częstotliwości i ultraprecyzyjny laser, zbudowane odpowiednio przez zespoły kierowane przez naukowców z Uniwersytetu Warszawskiego i Uniwersytet Mikołaja Kopernika. W wypowiedziach na temat ostatniego osiągnięcia naukowcy wyjaśniają, że rola wzorca atomowego polega na stabilizowaniu częstotliwości lasera. "Drgania pola elektrycznego emitowanej przez laser fali świetlnej będą zliczane jako elementarne, powtarzające się z ogromną precyzją odcinki czasu." Jednak ogromna częstotliwość pracy lasera uniemożliwia układom elektronicznym zliczanie pojedynczych oscylacji. Będzie to możliwe natomiast za pomocą grzebienia częstotliwości, który stanowi "zbiór bardzo wielu fal świetlnych o wąskich, równoległych częstotliwościach. Grzebień wytwarzany przez laser generujący ultrakrótkie impulsy światła, pozwala w sposób synchroniczny i bez błędów przenosić oscylacje wzorca atomowego w obszar częstotliwości radiowych, dających się zliczać elektronicznie." "Nasz wzorzec atomowy na atomach strontu jest trzecim, ostatnim elementem układanki. Za kilka miesięcy, po testach i przetransportowaniu go do Torunia, będziemy mogli zacząć składać zegar w całość" - podkreśla profesor Gawlik. Skonstruowanie zegara będzie nowym krokiem milowym dokonanym przez potomków Kopernika - w jego rodzinnym mieście.Więcej informacji: Narodowe Laboratorium Technologii Kwantowych, Polska: http://nltk.fuw.edu.pl(odnośnik otworzy się w nowym oknie) Zakład Fotoniki Uniwersytetu Jagiellońskiego: http://www.if.uj.edu.pl/pl/ZF/index.php?name=main&l=pl(odnośnik otworzy się w nowym oknie) Krajowe Laboratorium Fizyki Atomowej, Molekularnej i Optycznej (KL FAMO), Polska: http://www.fizyka.umk.pl/famo/(odnośnik otworzy się w nowym oknie) Laboratorium Procesów Ultraszybkich Uniwersytetu Warszawskiego: http://ultrafast.fuw.edu.pl(odnośnik otworzy się w nowym oknie) Europejski Fundusz Rozwoju Regionalnego (EFRR): http://ec.europa.eu/regional_policy/funds/feder/index_pl.htm(odnośnik otworzy się w nowym oknie)
Kraje
Polska