Ceasuri cu atomi de stronţiu, fabricate pentru măsurarea cu un grad mai mare de precizie a secundei

Până la jumătatea secolului al XX-lea, definiţia unităţii fundamentale a timpului se baza pe rotaţia Terrei. Apariţia, la mijlocul anilor ’50, a ceasurilor atomice a condus la o nouă definiţie a secundei, în 1967, bazată pe perioada de oscilaţie a atomului de cesiu.

Această definiţie, aflată în vigoare şi în prezent, ar putea însă să evolueze, odată cu dezvoltarea în ultimul deceniu a unei noi generaţii de ceasuri, denumite ceasuri cu reţea optică: atomii sunt prinşi într-o reţea sau într-o „capcană de lumină”.

„Ideea este că trebuie să evoluăm spre semnale care oscilează tot mai rapid”, a declarat Rodolphe Le Targat, de la laboratorul Sisteme de referinţă timp-spaţiu (Syrte, o unitate mixtă înfiinţată de Observatorul din Paris, Centrul Naţional de Cercetări Ştiinţifice/ CNRS şi Universitatea Pierre et Marie Curie din Paris).

Echipa coordonată de Jérôme Lodewyck şi Rodolphe Le Targat a construit două ceasuri care funcţionează cu atomi de stronţiu, a cărui perioadă de oscilaţie se situează în domeniul optic, în timp ce atomul de cesiu oscilează în domeniul microundelor.

Întrucât frecvenţele din domeniul optic sunt mult mai ridicate, ceasul cu atomi de stronţiu „ţine măsura timpului cu bătăi mult mai apropiate”, reducând impactul posibilelor erori de măsurare.

Echipa franceză a demonstrat pe de-o parte că cele două ceasuri cu reţea optică prezintă o conexiune foarte stabilă cu ceasurile cu cesiu ale Observatorului din Paris, folosite pentru a stabili timpul oficial. Însă, pentru prima dată în lume, cele două instrumente funcţionează şi în acord între ele, la un nivel de performanţă care depăşeşte gradul de precizie din actuala definiţie a secundei.

Aceste rezultate, publicate marţi în revista Nature Communications, ar putea duce în curând la o redefinire a secundei. Experţii francezi rămân însă prudenţi, întrucât competiţia internaţională din acest domeniu este foarte puternică, datorită în special ceasurilor optice cu ioni şi a faptului că ceasurile de ultimă generaţie continuă să progreseze.

Savanţii francezi speră să compare, începând din 2014, dispozitivele lor cu cel dezvoltat la Braunschweig în Germania.

Invenţia lor va face totodată obiectul unor comparaţii cu timpul măsurat de ceasul folosit în misiunea PHARAO-ACES, coordonată de agenţiile spaţiale franceză (CNES) şi europeană (ESA), care va fi amplasat la bordul Staţiei Spaţiale Internaţionale (ISS) la începutul anului 2016.

Precizia cu care unitatea fundamentală de măsurare a timpului este definită reprezintă miza centrală a multor studii ştiinţifice, în special a celor din domeniul fizicii fundamentale. Ea are şi repercusiuni directe în viaţa cotidiană. Un astfel de exemplu este cel al ceasurilor montate la bordul sateliţilor din sistemele de poziţionare, precum sistemul american GPS şi cel european Galileo, care determină precizia funcţiei de localizare a unui obiect la sol.