Forskare har uppfunnit en ny klocka som håller tiden mer exakt än någon som har kommit tidigare.

Klockan är så exakt att den inte vinner eller förlorar mer än en sekund på 14 miljarder år - ungefär kosmos ålder. Dess tickande frekvens är så stabil att den varierar med endast 0,0000000000000000032 procent under loppet av en enda dag.

Den precisionsnivån är egentligen inte nödvändig för de av oss som förlitar sig på klockor för att få oss till ett läkarbesök i tid, eller för att veta när man ska träffa vänner.

Men att hålla tid är bara början. Den här nya klockan är så exakt att den kan användas för att upptäcka mörk materia, mät gravitationsvågorna som krusar över universum, och bestämma den exakta formen på jordens gravitationsfält med oöverträffad precision.

Verkligen, dessa hyperexakta klockor kan hjälpa forskare att bättre undersöka kosmos mysterier, sa experter.

"Det visar sig att om du har alla dessa precisionssiffror för att göra en mätning, det kan ge dig ett mikroskop på vårt universum, " sa fysiker Andrew Ludlow från National Institute of Standards and Technology i Boulder, Colo Ludlow ledde arbetet som producerade den nya klockan, som beskrevs denna vecka i journalen Natur .

Sedan 1960-talet, tiden har mätts av så kallade atomklockor som använder en cesiumatoms naturliga svängningar som pendel. Se det som en klocka med en visare som tickar drygt 9 miljarder gånger per sekund.

Den optiska gitterklockan som Ludlow och hans kollegor utvecklade mäter de mycket snabbare svängningarna hos en ytterbiumatom. Dess atompendel svänger cirka 10, 000 gånger snabbare, med en hastighet av 500 biljoner gånger per sekund.

"Cesium är ett vackert atomsystem, men vi har nått de grundläggande gränserna för hur bra det kan vara, " sa Ludlow. "Ytterbium kan bryta ner tiden i mycket finare intervall, förbättra precisionen med vilken du kan mäta det."

Optiska gallerklockor har funnits i bara 15 år, och de är fortfarande i utvecklingsstadiet, sa Ludlow. Forskare fortsätter att mixtra med dem, gradvis öka deras noggrannhet med varje ny justering.

De flesta av förbättringarna i den senaste iterationen beror på en ny värmesköld som Ludlows grupp utvecklade för några år sedan. Det skyddar ytterbiumatomerna från effekterna av värme och elektriska fält, som kan störa deras naturliga svängningar.

"Vi vill vara säkra på att när vi mäter atomens tickningshastighet, vi mäter hastigheten som Moder Natur gav det, och att den inte störs eller förskjuts på grund av miljöpåverkan, " han sa.

Med så många svängningar, ytterbiumklockan kan upptäcka förändringar i gravitationsfältet på vår planet med oöverträffad precision, Ludlow och hans medförfattare skrev i Nature.

Som Einsteins allmänna relativitetsteori förutspår, tiden rör sig olika beroende på var du befinner dig i ett gravitationsfält.

En klocka på toppen av ett högt berg – långt från jordens centrum – kommer att ticka en liten bit snabbare än en klocka vid foten av samma berg.

Det är inte ett mekaniskt fel. Tiden går faktiskt snabbare på toppen av det berget.

De flesta klockor är inte tillräckligt exakta för att registrera den extremt subtila skillnaden. Trots allt, om 10 år, två klockor som är 1, 000 meters höjd kommer att vara avstängd med bara 31 miljondelar av en sekund.

Forskare har redan visat att det är möjligt att mäta skillnader i jordens gravitationsfält genom att jämföra tickhastigheten för två optiska gitterklockor på olika platser. Dock, tills nu kunde samma gravitationskartor göras lika exakt med andra, billigare tekniker.

Den nya klockan kan upptäcka förändringar på bara 1 centimeters höjd, en mätning mycket mer exakt än vad som tidigare varit möjligt, sa Ludlow.

Dessutom, hans team är en del av ett internationellt samarbete som använder överkänsliga klockor för att försöka upptäcka mörk materia, de mystiska sakerna som tros finnas fem gånger fler i universum än normal materia.

"Väldigt lite är känt om mörk materia, men de flesta teorier förutspår att det skulle interagera med atomer på ett sätt som skulle påverka vår klockas tickande hastighet, " han sa.

Teamet experimenterar också med att använda klockorna för att leta efter samma typer av gravitationsvågor som först observerades med LIGO-observatoriet, bekräftar en viktig aspekt av Einsteins signaturteori.

Trots den nya klockans otroliga precision, laget har ännu inte nått gränsen för sina förmågor. Mer pyssel är redan på gång.

"Föreställningen liknar ingenting vi någonsin sett förut, " sa Ludlow, "men vi har redan några idéer om hur vi vill bygga om saker som kan leda till ännu mer betydande förbättringar."

©2018 Los Angeles Times
Distribueras av Tribune Content Agency, LLC.