W Krajowym Laboratorium Fizyki Atomowej, Molekularnej i Optycznej (KL FAMO) w Toruniu ruszył optyczny zegar atomowy, zbudowany przez naukowców uniwersytetów Warszawskiego, Jagiellońskiego i Mikołaja Kopernika. To jeden z nielicznych tego typu przyrządów na świecie i już teraz, na wczesnym etapie rozruchu, prawdopodobnie najbardziej precyzyjny zegar w Polsce.
Teoretyczna dokładność nowego zegara, związana z wykorzystywanymi mechanizmami fizycznymi, sięga sekundy na kilkadziesiąt miliardów lat. Tak duża stabilność jest jeszcze przed nami. Jak każdy tak wyrafinowany przyrząd pomiarowy i nasz zegar wymaga stopniowej, uważnej kalibracji i ciągłego wprowadzania pewnych udoskonaleń. Jednak już teraz, na samym początku pracy, osiągnęliśmy większą stabilność niż wymagana dla tego typu zegarów przez paryskie Międzynarodowe Biuro Miar i Wag: mylimy się mniej niż sekundę na kilkadziesiąt milionów lat - mówi RMF FM dr hab. Roman Ciuryło, dyrektor KL FAMO.
Optyczne zegary atomowe składają się ze wzorca atomowego, grzebienia optycznego i ultraprecyzyjnego lasera. Częstotliwość światła generowanego przez laser jest dokładnie dostrajana do różnicy energetycznej między ściśle określonymi poziomami w atomach znajdujących się we wnętrzu wzorca atomowego. Pomiar czasu odbywa się poprzez zliczanie oscylacji pola elektromagnetycznego w już dostrojonym i ustabilizowanym świetle laserowym.
Częstotliwość fali świetlnej lasera jest tak duża, że zliczanie pojedynczych impulsów nie jest możliwe. Trzeba je wcześniej "przeliczyć" na częstości radiowe. Wykorzystuje się do tego celu rodzaj "przekładni", tzw. grzebień optyczny. To laser wytwarzający wiele bardzo krótkich impulsów, które synchronizuje się z częstotliwością światła dostrojonego do wzorca atomowego. Dzięki niemu impulsy lasera o częstotliwości około 429 teraherców przetwarza się na - możliwe do zliczenia - częstotliwości radiowe, wynoszące około 250 megaherców.
Naprawdę precyzyjne pomiary czasu wymagają ciągłego porównywania wyników z wieloma innymi zegarami. Dlatego zbudowaliśmy od razu dwa całkowicie niezależne od siebie wzorce atomowe. Odczyty z obu pozwalają nam znacznie dokładniej korygować "tyknięcia" zegara jako całości - mówi dr hab. Michał Zawada (KL FAMO, UMK). W każdym wzorcu atomy strontu są izolowane od otoczenia i od siebie: schłodzone do temperatury poniżej 10 mikrokelwinów tkwią we wnętrzu komory z ultrawysoką próżnią, unieruchomione w odpowiednio skonstruowanej pułapce optycznej, wytworzonej przez wiązkę pomocniczego lasera.
Ponieważ zegar w KL FAMO funkcjonuje od niedawna, fizycy zaangażowani w projekt nie zakończyli jeszcze pomiarów pozwalających precyzyjnie wyznaczyć wszystkie cechy przyrządu. Zebrane dotychczas dane sugerują jednak, że już na obecnym etapie eksploatacji to najstabilniejszy i najdokładniejszy zegar w Polsce.
Podstawą sukcesu był doskonały podział pracy i harmonijna współpraca grup doświadczalnych ze wszystkich trzech uniwersytetów - podkreśla prof. dr hab. Wojciech Gawlik (UJ). Dzięki naszej współpracy mamy teraz w KL FAMO unikalne urządzenie, na którym oprócz niezwykle precyzyjnych pomiarów czasu można przeprowadzać bardzo wyrafinowane eksperymenty z fizyki atomowej, molekularnej czy optyki kwantowej - zaznacza.
Na podstawie informacji prasowej Wydziału Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego.
