El rellotge més exacte del món
L'any passat l'observatori de París ha batut tots els rècords de precisió dels rellotges en el Laboratori Bàsic de Temps i Freqüència (LPTF). Mitjançant el rellotge atòmic que han preparat han aconseguit una precisió de 10-15 segons, el femtosegundo. Aquest interval de temps molt reduït es pot expressar d'una altra manera: 0,000 000 000 000 001 segons. Prendre consciència d'un temps tan curt no és fàcil, clar, ja que la quinada nerviosa que s'expandeix a la velocitat de la llum necessita tant per a desplaçar-se dins de la neurona.
En el laboratori LPTF de París, Michel Granveaud i el seu equip es dediquen principalment a la preparació de rellotges atòmics de cesi, i el resultat del seu treball ha estat aconseguir el rellotge més precís del món, a pesar que uns altres també l'estan fent en el món. Als Estats Units, persones que treballen en el NIST (National Institute of Standards and Technology), japonesos, alemanys, etc. han aconseguit acostar-se fins als 10-14 s. També és un altre laboratori a França dedicat al rellotge atòmic, el d'Orsay. Aquest rellotge és bàsicament igual que la resta, però substitueix els àtoms de cesi per ions de calci. De fet, les partícules carregades poden ser més fàcils de manejar mitjançant camps electromagnètics. A més, la freqüència de transició triada en l'ió de calci es troba en el camp visible en vermell.
Què és el segon i per a què
Quan es preguntava què era el segon fins fa uns anys, la resposta era la de la seixanta del minut o la de 3.600 de l'hora. No obstant això, en 1967 la definició del segon va canviar. D'acord amb l'aprovat per l'Assemblea General de Mesures i Pesos, la definició del segon és l'interval de temps de 9 192 631 770 períodes de radiació de transició entre els dos nivells hiperfinos de l'estat energètic bàsic de l'àtom de cesi 133. Dit d'una altra manera, el nou patró de mesura del temps és el període de l'ona emesa en passar un electró dins de l'àtom de cesi d'una capa d'energia a una altra més interna.
El temps atòmic internacional es calcula en l'Oficina de Mesures i Pesos de Sèves de París a partir de la mitjana de 250 rellotges atòmics repartits pel món. Cal recordar que el rellotge atòmic pot tenir un retard o avanç màxim de 0.0001 segons després de mil anys.
Més d'un preguntarà per a què serveix una definició i un rellotge tan precís del segon, i la resposta està en les necessitats de les noves tecnologies i la recerca bàsica. El temps i l'espai són conceptes relacionats entre si. Per exemple, mitjançant el satèl·lit i el rellotge atòmic, es pot localitzar un punt de la terra de forma molt precisa.
Es calcula en funció del temps que triga la llum a córrer. Per tant, com més gran sigui la precisió del rellotge, més exacte serà el punt del sòl. Els 24 satèl·lits a 20.000 quilòmetres d'altitud tenen una precisió d'un metre per a situar punts terrestres mitjançant el sistema GPS (Global Posityonning System) i rellotges atòmics en aplicacions militars i de 10 metres en aplicacions civils. Si els rellotges atòmics anessin com els de l'observatori de París, la precisió seria la desena part del mil·límetre. Aquest sistema GPS s'utilitza per a mesurar terratrèmols, detectar cotxes del ral·li Paris-Dakar o mesurar la deriva continental.
Buscant ones gravitatòries
Molts dels grans descobriments científics s'han produït gràcies a l'avanç en el mesurament del temps: En 1676, per exemple, es va descobrir que la velocitat de la llum tenia un valor finit i que en 1937 la rotació de la Terra era irregular. En 1983 el metre es va definir d'una altra manera com la distància que la llum recorria en el buit 1/299 792 458 segons.
Avui dia, no obstant això, els investigadors busquen rellotges més precisos per a detectar les famoses “ones gravitatòries” anunciades per Einstein en 1916. Aquestes ones emetrien masses accelerades, igual que la partícula carregada en moviment emet ones electromagnètiques. Si es trobessin ones gravitatòries, a més de confirmar la Teoria de la Relativitat, s'unirien les lleis de gravitació i electromagnetisme.
Els polsos o pulsacions dels premessis semblen confirmar l'existència d'ones gravitatòries. Els premessis són estrelles de neutrons que giren més de cent revolucions per segon al voltant del seu eix. Les ones gravitatòries provoquen alts i baixos en els senyals emesos pels premessis, però aquests infinitesimals no es poden detectar si no es tracta de rellotges de precisió extrema.
Com funciona el rellotge atòmic?En els rellotges atòmics es pot dir que el pèndol se substitueix per un generador d'ones. L'ona té pics i depressions i el període és el temps que transcorre des d'un punt fins que arriba el següent. El període pot, per tant, representar la unitat de temps, però es necessita una ona amb un període regular i estable. Per a això normalment es pren l'àtom de cesi. Quan s'excita una determinada longitud d'ona (la corresponent a una freqüència de 9,192 631 770 GHz), el nivell energètic canvia. Com més gran sigui la proporció d'àtoms excitats, més ens aproximarem a aquesta longitud d'ona (i per tant al període ideal o a la miniunidad del temps). Per això, el generador d'ones es regula de manera que s'obtingui la major quantitat possible d'àtoms de cesi excitats. D'aquesta forma el rellotge té una precisió d'entre 10 i 15”. En la zona 1 del rellotge hi ha cesi, generalment un metall sòlid. Primer es converteix en gas. Al principi els àtoms es col·loquen al mateix nivell energètic bàsic i després es refreden amb raigs làser fins a uns microcelvin (molt prop del zero absolut). El refredament dels àtoms redueix la seva velocitat i baixa dels 100 m/s anteriors a uns cm/s. Posteriorment, en la Zona 2, els àtoms de cesi s'envien a les microones emeses per un generador de quars i alguns s'exciten. Els àtoms cauen i passen per un detector en la Zona 3. Donat el nombre d'àtoms excitats, el període del generador es regula perquè les ones emeses excitin el major nombre possible d'àtoms. Es mesura llavors el període de l'ona i es multiplica per 9 192 631 770 donant el segon del rellotge. |
Zu idazle
Zientzia aldizkaria
