公式の時間を示す原子時計は、2 億年ごとにわずか 1 秒しか遅れません。しかし、計測学者は満足していません。より正確な時間基準は、宇宙船のナビゲーションを改善し、実験者が新しい物理学を示す基本的な定数の変化を探すのに役立つかもしれません.そのため、特定のマイクロ波周波数に合わせて調整された現在の時計を、より高い周波数の可視光を利用するさらに優れた時計に置き換える動きが強まっています。
フランスのセーヴルにある国際度量衡局 (BIPM) によって設立された専門家グループは、先月発表された論文で、時間の単位 (メートル法である秒) を再定義するために必要な手順のロードマップを示しています。光放射の用語。コロラド州の国立標準技術研究所 (NIST) ボールダー研究所の物理学者は、ロード マップの重要な要件の 1 つ (最高のマイクロ波クロックよりも精度が 100 倍向上する) を、光クロックのペアを使用してすでに満たしているようです。
クロックは、定期的なアクションを追跡することによって時間をマークします。おじいさんの時計は振り子の定期的な揺れに依存しており、秒の元の定義は、地球の自転によって固定される 1 日の長さに基づいていました。現在の原子時計は、セシウム 133 の原子をより高いエネルギー レベルに励起するために必要な正確な周波数でのマイクロ波ビームの振動に依存しています。 1967 年に、2 番目は、セシウム標準に合わせたビームの 9,192,631,770 サイクルとして定義されました。今日、最高のセシウム時計の精度は 10 分の 1.6 です。
可視光の周波数は、マイクロ波の約 10 万倍高く、さらに高い精度が約束されています。ただし、原子を冷却し、これらの周波数で安定した基準を提供するために必要なレーザーを構築するのは困難です。レーザー技術の進歩により、BIPM は数年前に光時計の精度の見直しを開始しました。 2 月 14 日、機関誌 Metrologia に論文を発表しました。 、可視光に基づいて 2 番目のマイルストーンを再定義する前に達成すべき 5 つのマイルストーンを設定します。また、未発表の研究では、NIST の Andrew Ludlow と同僚は、BIPM の最初のマイルストーンで規定された精度に達したようです。
NIST チームは 2 つの光時計を操作し、複数のレーザーを使用して数千のイッテルビウム原子を冷却して「光格子」に閉じ込め、それらの原子で特定のエネルギー遷移を励起しました。研究者は、2 つの時計が 1.4 分の 10 の範囲で同じ速度で時を刻むことを発見しました。これは、上位のセシウム デバイスよりも 100 倍以上優れています。 「同じ種の 2 つの時計がそのレベルで一致することが示されたのは初めてです」とラドローは言います。
用心深い集団であるため、計測学者は NIST の結果を額面どおりに受け入れることはありません。パリ天文台の時空間参照システム研究所でストロンチウム格子時計に取り組んでいる物理学者のジェローム・ロードウィックは、NISTの結果は「おそらく正しい」が、秒を変更することになると「おそらく正しいだけでは十分ではない」と述べています。彼は、予想外の何か (おそらく漂遊電界) によって、同じ研究室の 2 つの時計が同じ量ずれ、ドリフトが検出できなくなる可能性があると述べています。
BIPM ロードマップでは、さまざまなラボのクロックで必要な精度に到達するなど、多数のクロスチェックが必要です。別のチェックには、さまざまなタイプの原子時計の時を比較することが含まれます。ボルダーにある研究機関である JILA の NIST の科学者と同僚たちは、イッテルビウム時計を、ストロンチウム原子とアルミニウム イオンに依存する他の時計と比較して、まさにそれを行っています。 Ludlow 氏によると、測定値は望ましい精度からそれほど離れておらず、測定が完了したら、その結果をヨーロッパやアジアの研究所と比較できるとのことです。
ラドロー氏によると、ロードマップで取り上げられていない問題の 1 つは、最終的に 2 番目の遷移を定義する原子遷移、つまり時計の種類をどのように選択するかということです。彼は、中性原子の格子から作られた時計を好みます。これは、規定の精度に達するまでに数時間しかかからないためです。一方、単一のトラップされたイオンから作られた競合デバイスは、それを行うのに数週間かかる可能性があります。しかし、彼はまだ陪審員が出ていないことを認めています。 「イオン時計は過去 10 年間で大きな進歩を遂げており、改良を続けています」と彼は言います。
英国のテディントンにある国立物理学研究所のレーザー物理学者であるパトリック・ギルは、光時計への切り替えは、すべてが非常に急速に改善されている間は行うべきではないと述べています。彼は、世界最高の計量機関である度量衡総会が 2026 年に開催されるときに、当局者が新しい定義に同意する可能性があると述べています。単位:キログラム、アンペア、ケルビン、モル。)
ブラウンシュヴァイクにあるドイツ国立計量研究所の時間および周波数グループの責任者である Ekkehard Peik 氏は、さらに慎重です。彼は、セシウム時計は今日の用途に十分正確であると主張し、再定義はおそらく2030年代初頭まで待つことができ、科学者が競合する時計でそれを打ち負かすためのより多くの時間を提供すると述べています.そのような競争は、「進歩の原動力でもあり、それを恐れてはならない」と彼は言います。
