ABD, uzay bilimini geliştirmek için dünyanın en hassas atom saatini kuruyor.

Bir ABD araştırma enstitüsü olan JILA'daki araştırmacılar, Einstein'ın genel görelilik teorisinin öngördüğü gibi en ufak etkileri ölçebilecek kadar hassas olan yeni bir ışık tabanlı atomik saat geliştirdiler. Kurumun basın açıklamasında, saatin saniyenin daha kesin bir tanımının yapılmasını sağlayacağı ve hatta yeni yeraltı maden yataklarının keşfine yol açabileceği belirtildi.

Atomik saatler bir saniyenin uzunluğunu belirlemek için genellikle mikrodalgaları kullanır. Ancak araştırmalar, ışık dalgalarının daha yüksek bir frekansa sahip olması nedeniyle atomların görünür ışıkla aydınlatılmasının saniyenin çok daha doğru bir şekilde sayılmasına yardımcı olabileceğini göstermiştir.

Işık tabanlı veya optik atomik saatler, mikrodalga tabanlı saatlere kıyasla 30 milyar yılda potansiyel olarak bir saniye kaybedebilir. Ancak, bu doğruluğa ulaşmak için saatlerin yüksek hassasiyetli olması, yani saniyenin küçük kesirlerini ölçebilmesi gerekir.

JILA'daki araştırmacılar, on binlerce atomu aynı anda ölçmek için görünür bir ışık demeti kullanmak yerine, optik kafes olarak da bilinen bir ışık ağı kullandılar. Bu da atomik saate saniyenin kesin bir ölçümüne ulaşması için daha fazla veri sağladı.

Optik kafes yaklaşımı daha önce kullanılmış olsa da, JILA araştırmacıları ölçümlerini yapmak için nispeten daha yumuşak bir yaklaşım kullandılar. Basın açıklamasında, bunun iki hata kaynağını azaltmaya yardımcı olduğu belirtildi: atomları ölçen lazerin kendisi ve sıkıca bir araya getirildiklerinde birbirlerine çarpan atomların etkisi.

Einstein'ın genel görelilik teorisine göre, yerçekimi zamanı etkiler. Daha güçlü bir yerçekimi alanı zamanın daha yavaş geçmesine neden olur. JILA tarafından geliştirilen saat, yerçekiminin zaman ölçümü üzerindeki etkisini milimetre altı ölçekte tespit edebilecek kadar hassastır.

Araştırmacılar, saat küçük mesafelerde bile yükseltildiğinde veya alçaltıldığında, yerçekimi nedeniyle zaman akışındaki ince değişiklikleri gözlemledi.

JILA ve NIST'de fizikçi olan Jun Ye, "Bu, zaman tutma konusunda mümkün olanın sınırlarını zorluyor" dedi. Bununla birlikte, saat tasarımının kazanımları bu ölçümlerin ötesine ve kuantum alemine geçiyor.

Kuantum bilgisayarlar karmaşık hesaplamalar yapmak için atomların ve moleküllerin özelliklerini manipüle eder. JILA saati hassas ölçümler yapabildiğinden, araştırmacılar onu genel görelilik ve kuantum mekaniği teorilerinin kesiştiği mikroskobik alanda, yerçekimi tarafından bozulan ölçeklerde zaman akışındaki bozulmaları ölçmek için kullanmayı planlıyorlar.

Aynı zamanda, saatin hassasiyeti bilim insanlarının uzayda son derece büyük mesafelerde hassas zaman tutmalarına da yardımcı olabilir.  Ye basın açıklamasında "Mars'a nokta atışı hassasiyetle bir uzay aracı indirmek istiyorsak, bugün GPS'te sahip olduğumuzdan çok daha hassas saatlere ihtiyacımız olacak" dedi.

Ye sözlerini şöyle sonlandırdı: "Ölçüm biliminin sınırlarını keşfediyoruz, bir şeyleri bu hassasiyet seviyesinde ölçebildiğinizde, şimdiye kadar sadece teorisini yapabildiğimiz olguları görmeye başlarsınız."

JILA, Ulusal Standartlar ve Teknoloji Enstitüsü (NIST) ile Colorado Boulder Üniversitesi arasında ortak bir enstitüdür.