Μπορείτε να φανταστείτε ότι ίσως στο μέλλον όταν θέλετε να ζυγιστείτε αντί να ανεβαίνετε στη ζυγαριά θα ρίχνετε μια ματιά στο ρολόι σας; Οσο και αν σας φαίνεται περίεργο, κάτι τέτοιο προβλέπεται θεωρητικά από τους νόμους της Κβαντομηχανικής. Μια ομάδα φυσικών σκέφτηκε να το εκμεταλλευθεί στην πράξη για να δημιουργήσει έναν νέο τύπο ατομικού ρολογιού.

Το νέο ρολόι μετράει τον χρόνο με βάση τη μάζα ενός ατόμου και οι δημιουργοί του υποστηρίζουν ότι, αν και αυτή τη στιγμή δεν είναι το ακριβέστερο που υπάρχει, είναι οπωσδήποτε το πλέον «θεμελιώδες» ενώ έχει μια επιπλέον αρετή – μπορεί να βοηθήσει στον επαναπροσδιορισμό του κιλού.

Νέου τύπου περιοδικότητα

Εδώ και χιλιετίες η ανθρωπότητα μετράει τον χρόνο βασιζόμενη σε κάποια τακτική περιοδική κίνηση – όπως π.χ. του ήλιου ή του εκκρεμούς. Τα ατομικά ρολόγια, οι ακριβέστεροι χρονομετρητές που διαθέτουμε, βασίζονται στις μεταπτώσεις των ηλεκτρονίων ενός ατόμου καισίου από το ένα ενεργειακό επίπεδο στο άλλο: ένα δευτερόλεπτο «ατομικού» χρόνου έτσι όπως τον γνωρίζουμε σήμερα ισοδυναμεί με περίπου 9.000 τέτοιες μεταπτώσεις.

Οι φυσικοί του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνιας στο Μπέρκλεϊ σκέφτηκαν να χρησιμοποιήσουν ως βάση μια διαφορετική περιοδικότητα του ατόμου, τη λεγόμενη συχνότητα Κόμπτον. Η Κβαντομηχανική προβλέπει ότι κάθε σωματίδιο είναι ταυτοχρόνως και κύμα και, ως τέτοιο, έχει μια συχνότητα. Η συχνότητα αυτή λέγεται συχνότητα Κόμπτον και βρίσκεται σε απόλυτη εξάρτηση από τη μάζα του.

Το βασικό πρόβλημα για το πέρασμα από τη θεωρία στην πράξη είναι ότι η συχνότητα Κόμπτον ενός ατόμου είναι ασύλληπτη για τα ανθρώπινα δεδομένα αφού είναι 100 δισ. φορές ταχύτερη από τη συχνότητα του ορατού φωτός. «Είναι τόσο υψηλή ώστε απέχει παρασάγγας από οποιονδήποτε τρόπο μέτρησης διαθέτουμε» εξήγησε ο Χόλγκερ Μύλερ, επικεφαλής της ομάδας, μιλώντας στο «New Scientist».

Το παράδοξο των διδύμων

Για να ξεπεράσουν αυτόν τον σκόπελο οι επιστήμονες σκέφτηκαν να χρησιμοποιήσουν ένα από τα αγαπημένα στο ευρύ κοινό παράδοξα που προκύπτουν από τη Θεωρία της Σχετικότητας του Αϊνστάιν, το λεγόμενο παράδοξο των διδύμων. Σύμφωνα με αυτό, αν ο ένας από δυο δίδυμους αδελφούς μπει σε ένα διαστημόπλοιο και πετάξει για λίγο με μεγάλη ταχύτητα στο Διάστημα, όταν επιστρέψει στη Γη θα έχει γεράσει λιγότερο από τον αδελφό του που παρέμεινε στον πλανήτη.

Ο κ. Μύλερ και η ομάδα του μετέφεραν το παράδοξο αυτό σε ατομικό επίπεδο χρησιμοποιώντας ένα άτομο καισίου και ένα ατομικό ιντερφερόμετρο. Όπως περιγράφουν στη μελέτη τους, που δημοσιεύθηκε στην επιθεώρηση «Science», χώρισαν το ατομικό κύμα στα δυο, διατήρησαν για λίγο το ένα εκ των δυο «διδύμων» που προέκυψαν στάσιμο ενώ το άλλο συνέχιζε να κινείται, και στη συνέχεια τα ένωσαν ξανά σε ένα ενιαίο κύμα. Ετσι υπολόγισαν τη συχνότητα Κόμπτον έμμεσα, μετρώντας τη διαφορά των συχνοτήτων (περίπου 100.000 Hertz).

Το νέο ατομικό ρολόι είναι το πιο «θεμελιώδες» που έχει κατασκευαστεί ως σήμερα επειδή χρησιμοποιεί ως βάση για τη μέτρηση του χρόνου τη συμπεριφορά ενός μεμονωμένου σωματιδίου. Παρ’ όλα αυτά δεν είναι το ακριβέστερο που υπάρχει. Χάνει ένα δευτερόλεπτο κάθε οκτώ χρόνια ενώ το ακριβέστερο ατομικό ρολόι υπολογίζεται ότι θα έχανε 4 δευτερόλεπτα αν «χτυπούσε» από τη στιγμή της Μεγάλης Εκρηξης.

Εχει ωστόσο ένα πλεονέκτημα που κανένα από τα γνωστά ως τώρα ατομικά ρολόγια δεν διαθέτει: επειδή η συχνότητά του εξαρτάται από τη μάζα ενός ατόμου μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως πρότυπο για τον προσδιορισμό του κιλού, λύνοντας το πρόβλημα που αντιμετωπίζουν σήμερα οι μετρολόγοι εξαιτίας των αλλοιώσεων που επιφέρει ο χρόνος στη χρυσή ράβδο η οποία χρησιμεύει αυτή τη στιγμή ως «μέτρο» για τον παγκόσμιο προσδιορισμό της βασικής μονάδας βάρους μας.

Πηγή:Pei-Chen Kuan