科学者はなぜ原子時計を作っているのか原子時計は完璧ではないから

正確に時間を管理する時計を作る作業は、時計仕掛けとはまったく異なります。通常の時計は私たちに日々の実用的なニーズに非常に役立ちますが、敏感な測定に基づく科学研究と技術は最高の精度で時間の経過を測定することができる時計を必要とします。このようにして、科学者たちは原子時計を発明しました - そして、彼らは従来のシステムよりも時間を正確に合わせることにおいてより正確である間、改善のための大きな余地が残っていました。今、科学者たちは原子の世界から核の世界へと動いています。で発表された新しい研究 自然 ドイツの物理学者は200億年ごとに10分の1秒未満を失うことができる時計を開発したことを示しています。それは - あなたがそれをどのように見ているかによるが - 現在の原子技術の10倍優れている

しかし、私たちが原子時計を時代遅れと呼ぶ前に、振り子を誇る先祖とはどう違うのかを考えてみましょう。

すべての時計は、時間を追跡するために共振子を使用しています。共振子は、単純化のために定期的に「チック」するメカニズムです。昔の時計は振り子と歯車を共振器として使っていました。デジタルクロックは、電力線または水晶の発振を共振器として使用します。原子時計は、原子自体の共鳴周波数を共鳴体として使うことによって、この考えを少し進めます。この系では、共鳴体は原子の量子遷移によって放出される電磁放射によって調節される。言い換えれば、原子時計は、原子粒子のエネルギー変化を測定することによって時間を追跡します。

いくつかの元素とその同位体については、これは一貫した頻度で起こります。たとえば、セシウム133は1秒間に正確に9,192,631,770サイクルで振動します。 1955年に英国の国立物理学研究所で最初の原子時計を作るのに使われたのはそのためです。

それ以来、レーザー冷却と原子の捕捉、より正確なレーザー分光法、そしてさらにより一貫した共鳴周波数を示す他の同位元素の発見など、多くの技術的進歩がより正確な原子時計を導いてきました。イッテルビウムイオンに基づいた最も正確な原子時計ベースの現在の記録保持者。

原子時計が非常に重要である理由は、時計が異なる高度で異なる方法で時間を測定するという事実と関係があります。時計が主な重力源から遠いほど、より速い時間が経過する（すなわち、時計は海抜よりもエベレスト山でより速く動く）。違いは一見無視できるほどですが、時間が経過するにつれて加算される可能性があります。

最近の私たちの技術の多くは、GPSのようにグローバルなアプリケーションとして動作しています。誰かがどこにいても彼らが同じ時間に走ることを確実にするために、彼らは正確な時計に直接結び付けられなければなりません。標準として原子時計を使用することよりもそれを確実にするより良い方法はありません。最近の研究で、ドイツの研究チームは、（原子核を取り巻く電子とは対照的に）元素の原子核自体の振動を直接測定するというアイデアを概説しています。この設計に基づく原子時計は、外力による影響を受けないようにすることができます。研究チームは、トリウムの同位体Th-229mの励起状態がうまくいくことを確認し、この考えを裏付ける実験結果を示しています。

ただ1つ問題があります：Th-229mは自然には起こりません。それでも新しい研究の結果は印象的ですが、研究者が核時計を製作し維持するのに十分なTh-229mをどのように収穫することができるかは正確には不明です。研究者らは、この場合Th-229mをウラン233を線源として用いて導出した。簡単なプロセスではありません。

科学者がその小さな問題を解決し、持続可能なTh-229mを生み出す方法を見つけ出すならば、私たちは地球規模でますます多くの技術を構築するにつれて間違いなく主要な役割を果たす新しい世代の原子時計を探しています。世界各地の人々に奉仕しています。