Definiţia unei secunde este pe cale să se schimbe

Definiţia internaţională a secundei ar putea fi modificată, în urma unor noi cercetări care au demonstrat că un tip mai avansat de ceas atomic are precizia şi stabilitatea necesare pentru a genera un nou standard al măsurătorilor.

 Cercetătorii de la Observatorul din Paris au construit două noi ceasuri atomice, aşa-numite ceasuri cu reţea optică (optical lattice clock- OLC), care s-ar putea dovedi mai precise decât toate ceasurile atomice utilizate până în prezent pentru măsurarea timpului.

Începând in 1967, secunda este definită pe baza oscilaţiilor atomului de cesiu, ca fiind durata de timp în care au loc 9.192.631.770 oscilaţii ale radiaţiei din domeniul microundelor, absorbită sau emisă când un atom de cesiu pendulează între două anumite stări energetice.

Cel mai precis mod de a măsura această frecvenţă este  cel utilizat în o aşa-numita cesium fountain, în care un fascicul laser propulsează în sus atomii din cesiul aflat în stare gazoasă (ca într-o fîntână arteziană, de unde şi numele dispozitivului). Radiaţia emisă de atomi este captată de două ori, când atomii trec prin fasciculul laser - o dată în sus, apoi încă o dată când recad sub acţiunea gravitaţiei.

Asemenea ceasuri cu cesiu sunt utilizate pentru stabilirea standardelor naţionale de măsurare a timpului.

Aceste ceasuri sunt extrem de precise - au o precizie de aproximativ 3 la 10 cvadrilioane (3 x  10−16 ), ceea ce înseamnă că pot da o eroare de o secundă la 100 de milioane de ani.

Totuşi, unele ceasuri atomice mai noi pot fi încă şi mai precise. Monitorizând emisiile de radiaţii al atomilor individuali captaţi într-un câmp electromagnetic, se poate obţine o precizie de cca. 10−17.

Ceasurile OLC realizate de cercetătorii din Paris sunt mai noi, fiind inventate cu mai puţin de un deceniu în urmpă. În cazul acestor ceasuri, atomii sunt prinşi într-o reţea optică.

Deşi încă nu s-a demonstrat că sunt la fel de precise precum ceasurile bazate pe emisiile ionilor, sunt totuşi comparabile cu ceasurile tip cesium fountain, iar cercetătorii cred că, făcând şi alte teste, ar putea demonstra, în cele din urmă, că sunt mai bune decât orice alt model existent.

Au două motive să creadă acest lucru. În primul rând, la fel ca şi o ceasurile atomice cu ioni, măsoară frecvenţa radiaţiei vizibile, care este de zeci de mii de ori mai mare decât cea a microundelor. În al doilea rând, măsoară frecvenţa medie a emisiilor provenite de la câteva mii de atomi, nu de la unul singur, astfel încât statisticile măsurătorilor dau rezultate mai precise.

Pentru a putea susţine că OLC s-ar putea dovedi cele mai precise ceasuri atomice existente, cercetătorii trebuie să arate că acestea două sunt perfect sincronizate, că funcţionează absolut identic. Exact acest lucru au reuşit să-l demonstreze cercetătorii francezi.

Ei au creat reţele optice care pot capta cca. 10.000 de atomi ai izotopului stronţiu-87 şi au arătat că cele două ceasuri rămân sincronizate cu o precizie de cel puţin 1,5 x 10−16, cea mai mare mare care poate fi măsurată experimental în acest moment.

Specialiştii au mai arătat, de asemenea, că aceste ceasuri cu stronţiu pot ţine pasul cu toate cele trei ceasuri cu cesiu existente la Observatorul din Paris, cu precizia maximă de care sunt capabile ceasurile cu cesiu prin însăşi construcţia lor.

Existenţa unor ceasuri atomice mai precise decât în prezent poate fi esenţială în cercetarea ştiinţifică fundamentală. De exemplu, fizicienii ar putea folosi asemenea ceasuri pentru a verifica dacă unele dintre constantele fundamnatale din natură se pot modifica totuşi în timp, aşa cum prezic unele teorii.