Czas nie jest taki sam wszędzie
Przewidywania ogólnej teorii względności Alberta Einsteina wciąż nas zaskakują. Jednym z jej paradoksalnych wniosków jest to, że tempo upływu czasu nie jest uniwersalne. Im silniejsze pole grawitacyjne, tym czas płynie wolniej. Zjawisko to, nazywane dylatacją czasu, ma nawet tak zaskakujące konsekwencje, jak to, iż centrum naszej planety jest nieco młodsze od jej skorupy. Eksperyment na Mount Blue Sky ma zmierzyć ten efekt z dokładnością, o jakiej wcześniej można było tylko marzyć.
Czytaj też: Zagadkowy podpis chemiczny z młodego Wszechświata. To może być przełom
Kluczem do sukcesu jest unikalna lokalizacja. Zespół z University of Colorado Boulder, Narodowego Instytutu Standaryzacji i Technologii (NIST) oraz Narodowej Administracji Oceanicznej i Atmosferycznej (NOAA) porównuje tykanie superprecyzyjnego zegara na szczycie z działaniem jego bliźniaka w laboratorium poniżej. Różnica wysokości przekracza 2600 metrów, co, zdaniem fizyków, powinno wygenerować mierzalną różnicę w pomiarach czasu rzędu kilkudziesięciu nanosekund na dobę. To dzięki bliskości tak dużej różnicy wysokości w stosunku do zaplecza badawczego, że taki projekt w ogóle stał się możliwy.
Inżynieria na granicy możliwości
Sercem eksperymentu są optyczne zegary atomowe, które biją na głowę precyzją nawet swoje konwencjonalne, cezowe odpowiedniki. Ich dokładność jest oszałamiająca, gdyż najdokładniejszy z nich spóźniłby się o sekundę dopiero po niemal 40 miliardach lat. Działają one, wykorzystując lasery do wzbudzania elektronów w atomach schłodzonych niemal do zera absolutnego. To ich niezwykle regularne oscylacje stanowią wzorzec czasu.
Prawdziwym wyzwaniem jest nie samo skonstruowanie zegara, lecz porównanie jego wskazań na tak dużej odległości i w tak różnych warunkach. Jeden z instrumentów stoi na gołym, wietrznym szczycie. Drugi w klimatyzowanym laboratorium. Aby je ze sobą skonfrontować, naukowcy przesyłają impulsy laserowe na odległość około 80 kilometrów, a następnie dalej, za pomocą światłowodów. To technologiczny majstersztyk, który jeszcze niedawno wydawał się nierealny.
To jest bezprecedensowe. Kiedy budowaliśmy pierwsze zegary optyczne 25 lat temu, nigdy byśmy nie śnili, że takie połączenie wydajności i zdalnej obsługi będzie możliwe – wspomina Scott Diddams z University of Colorado Boulder
Gdzie ta technologia może nas zaprowadzić?
Chociaż weryfikacja teorii Einsteina jest sama w sobie wystarczająco ekscytująca, potencjalne zastosowania przenośnych zegarów optycznych są szerokie. Mogłyby one służyć do niezwykle precyzyjnego mapowania zmian w ukształtowaniu terenu, na przykład podnoszenia się gruntu po stopieniu lodowca czy nawet do monitorowania aktywności wulkanicznej. Teoretycznie, spowolnienie pracy zegara na zboczu wulkanu mogłoby sygnalizować przemieszczanie się magmy pod powierzchnią. Technologia ta ma też ogromny potencjał dla przyszłej nawigacji kosmicznej i dalszego zgłębiania praw fizyki kwantowej. Można odnieść wrażenie, że Kolorado, z instytutami takimi jak JILA, staje się jednym z globalnych centrów tej „drugiej rewolucji kwantowej”.
Czytaj też: Bozon Higgsa rozpada się na miony. Nowe dane z CERN wzmacniają podstawy Modelu Standardowego
Projekt, wsparty finansowaniem w wysokości ponad 120 milionów dolarów, to coś więcej niż badanie podstawowe. To inwestycja w budowę regionalnego ekosystemu technologii kwantowych. Dla zaangażowanych w niego młodych naukowców to wyjątkowa szansa, by pracować na granicy poznania, łącząc pasję do gór z pasją do nauki. Eksperyment na Mount Blue Sky to nie tylko test stuletniej teorii. To krok w stronę przyszłości, w której niezwykle precyzyjny pomiar czasu pomoże nam lepiej zrozumieć naszą planetę i prawa nią rządzące.