Predikce obecné teorie relativity Alberta Einsteina nás stále překvapují. Jedním z paradoxních závěrů je, že rychlost plynutí času není univerzální. V silnějším gravitačním poli čas ubíhá pomaleji. Tento jev, známý jako dilatace času, má dokonce tak překvapivé důsledky, že centrum naší planety je o něco mladší než její obal. Experiment na hoře Mount Blue Sky má změřit tento efekt s takovou přesností, o jaké jsme dříve mohli jen snít.
Čtěte také: Tajemný chemický podpis z mladého vesmíru. To by mohlo být průlomové.
Klíč k úspěchu: unikátní lokalizace
Tým z University of Colorado Boulder, Národního institutu standardizace a technologií (NIST) a Národní administrace oceánických a atmosférických jevů (NOAA) porovnává tikání superpřesného hodin na vrcholu s činností jeho dvojníka v laboratoři níže. Rozdíl výšky přesahuje 2600 metrů, což podle fyziků by mělo generovat měřitelný rozdíl v měření času o desítky nanosekund za den. Díky blízkosti tak velkého rozdílu výšky k výzkumnému zázemí se takový projekt vůbec stal možným.
Inženýrství na hranici možností
Jádrem experimentu jsou optické atomové hodiny, které překonávají přesnost svých konvenčních cesiových protějšků. Jejich přesnost je ohromující, neboť nejpřesnější z nich by se opozdil o jednu sekundu až po téměř 40 miliardách let. Tyto hodiny fungují na principu využívání laserů k vzbudění elektronů v atomech, které jsou ochlazeny téměř na absolutní nulu. Jejich extrémně pravidelné oscilace představují měřítko času.
Pravým výzvou není samotná konstrukce hodin, ale porovnání jejich údajů na tak velkou vzdálenost a za tak různých podmínek. Jeden z přístrojů se nachází na holém, větrném vrcholu. Druhý v klimatizované laboratoři. Aby je vědci mohli porovnat, přenášejí laserové impulzy na vzdálenost přibližně 80 kilometrů a poté dále přes optická vlákna. Toto je technologický kousek mistrovství, který se ještě nedávno jevil jako nerealistický.
„Je to bezprecedentní. Když jsme před 25 lety začínali stavět první optické hodiny, nikdy bychom nesnili, že taková kombinace efektivity a vzdáleného řízení bude možná,“ vzpomíná Scott Diddams z University of Colorado Boulder.
Kam nás tato technologie může zavést?
Protože ověřování Einsteinovy teorie je samo o sobě dost vzrušující, potenciální aplikace přenosných optických hodin jsou široké. Mohly by být využity k extrémně přesnému mapování změn v terénu, například zvedání země po roztavení ledovců nebo dokonce k monitorování sopečné aktivity. Teoreticky by zpomalení práce hodin na svahu sopky mohlo signalizovat pohyb magmy pod povrchem. Tato technologie má také obrovský potenciál pro budoucí kosmickou navigaci a další prozkoumání zákonů kvantové fyziky. Lze mít dojem, že Colorado, se svými instituty jako JILA, se stává jedním z globálních center této „druhé kvantové revoluce“.
Čtěte také: Higgsův boson se rozpadá na myony. Nová data z CERNu posilují základy Standardního modelu.
Projekt, podpořený více než 120 miliony dolarů financování, je něčím víc než základním výzkumem. Je to investice do budování regionálního ekosystému kvantových technologií. Pro mladé vědce zapojené do něj je to výjimečná příležitost pracovat na hranicích poznání a spojit vášeň pro hory s vášní pro vědu. Experiment na Mount Blue Sky není jen testem stoletého teoretického konceptu. Je to krok směrem k budoucnosti, ve které extrémně přesné měření času napomůže lepšímu pochopení naší planety a zákonů, které jí vládnou.
