Danske forskere forbedrer atomure
Danske forskere medvirker til at fordoble atomures nøjagtighed. Opdagelsen kan blive vigtig for jordskælvsvarsling og astronomisk afstandsberegning.

Sådan ser et atomur ud. (Foto: PR )

Sådan ser et atomur ud. (Foto: PR )

Fysikere har taget et kvantespring i bestræbelserne på at gøre tidsmåling mere præcis.

Danske forskere fra Niels Bohr Instituttet har været med til at fordoble atomures nøjagtighed.

Arbejdet er udført sammen med kolleger fra University of Colorado og er offentliggjort i det ansete videnskabelige tidsskrift Science.

Atomure er de mest nøjagtige tidsmålere, og med de nye landvindinger er nøjagtigheden så stor, at atomurene kun taber ét sekund på 300 millioner år. Og den forbedring kan have stor betydning for fysikkens fremtid, forklarer Jan Westenkær Thomsen, der har stået i spidsen for den danske del af projektet, til videnskab.dk:

»Det er jo vores verdensbillede der er oppe til eksamen. Når vi kan måle tiden så nøjagtigt, kan vi gå ind og se, om naturkonstanterne er konstante i tiden. For det hviler hele vores naturbillede; fysikken, kvantemekanikken og Einsteins relativitetsteori på. Hvis der bare er en af dem, der driver i tiden, så falder vores naturbillede, som det er nu, til jorden. Og så er det noget, der skal laves fuldstændig om i vores beskrivelse af naturen.

Atomare pendulsving

Atomurene gør brug af strontium-atomer, der varmes op til gasform og fanges i et magnetfelt, hvor de fastholdes med laserlys og køles ned, så de kun er 1 milliontedel af en celsiusgrad varmere end det absolutte nulpunkt. I den tilstand kan forskerne udnytte atomernes kvante-egenskaber og få de elektroner, der bevæger sig rundt om atomkernen til at hoppe mellem to forskellige kvante-tilstande.

Denne hoppen frem og tilbage svarer til at svinge med et pendul, ligesom på gammeldags kukure. Og det pendul kan man bruge som udgangspunkt for et urværk. Jo kortere det enkelte pendulsving er, jo mindre enheder kan man dele tiden op i. Og det gør tidsmålingen mere nøjagtig.

Hidtidige atomure har gjort brug af Cæsium-atomer, hvis elektron-pendul svinger ni milliarder gange på et sekund. Det giver en nøjagtighed, som svarer til, at uret taber ét sekund på cirka 80 millioner år.

Fermioner opfører sig ikke ens

Fakta

VIDSTE DU

Det absolutte nulpunkt er den lavest tænkelige temperatur. Den er pr. definition minus 273,15 grader celsius.

Strontium-atomers elektron-pendul svinger 100 billioner (100.000.000.000.000 eller 100.000 milliarder) gange på et sekund. Med strontium-atomurene er det lykkedes at få afvigelsen ned på ét sekund på 100 til 150 millioner år.

Man har ikke kunnet få dem mere nøjagtige end det, fordi de nedkølede strontium-atomer ikke opførte sig så ens, som forskere indtil nu har antaget.

I atomurene bruger man atomerne i en kvantetilstand, der kaldes fermion, hvor de normalt ikke 'forstyrrer' hinanden. Men i den nedkølede tilstand de bruges i, i atomure, begyndte fermionerne at 'se' hinanden og vekselvirke. Og det fik uret til at gå skævt.

Ved hjælp af en bestemt lysfrekvens er det imidlertid lykkedes forskerne at 'tøjle' fermionerne og fjerne unøjagtigheden.

Den perfekte tid

Det absolutte nulpunkt er den lavest mulige temperatur på -273,15 grader celsius. Selv om forbedringen af atomurene kun løber op i minimale brøkdele af et enkelt sekund, er det en vigtig forbedring når man for eksempel skal måle store afstande. De nye ure vil kunne bruges til at måle astronomiske afstande til fjerne galakser mange millioner lysår væk, eller bittesmå bevægelser i kontinentaldriften, hvilket kan hjælpe geofysikerne til at forudsige jordskælv.

»Det er vigtigt at avancere forskningen på dette område for at kunne måle afstande mere præcist og for eksempel kunne måle afstanden mellem kontinenterne dag for dag,« forklarer Jan Westenkær Thomsen.

I et atomur varmes strontium-atomer op til en gasform. Atomerne fanges herefter i et magnetfelt, hvor de bliver laserstråler holder dem fast, så de kan køles ned. (Foto: PR )

Den nye forbedring er dog ikke nok til at stille lektoren i laserfysik ved Niels Bohr Institutet tilfreds. For ham er målet, en tidsmåling helt uden afvigelser:

»Vi drømmer om at få et atomur med perfekt nøjagtighed,« afslutter laserfysikeren.

Om det lykkes, vil tiden vise...

Nyhed: Lyt til artikler

Du kan nu lytte til udvalgte artikler herunder. Du kan også lytte til de oplæste artikler i din podcast-app, hvor du finder dem under navnet 'Videnskab.dk - Lyt til artikler'.

Ugens videnskabsbillede

Se flere forskningsfotos på vores Instagram-profil, og læs om de nedenstående prisvindende billeder af stjernetåger og stjernefabrikker her.

Ny video fra Tjek

Tjek er en YouTube-kanal om videnskab henvendt til unge.

Indholdet på kanalen bliver produceret af Videnskab.dk's videojournalister med samme journalistiske arbejdsgange, som bliver anvendt på Videnskab.dk.

Hej! Vi vil gerne fortælle dig lidt om os selv

Nu hvor du er nået helt herned på vores hjemmeside, er det vist på tide, at vi introducerer os.

Vi hedder Videnskab.dk, kom til verden i 2008 og er siden vokset til at blive Danmarks største videnskabsmedie med omkring en million brugere om måneden.

Vores uafhængige redaktion leverer dagligt gratis forskningsnyheder og andet prisvindende indhold, der med solidt afsæt i videnskabens verden forsøger at give dig aha-oplevelser og væbne dig mod misinformation.

Vores journalister fortæller historier om både kultur, astronomi, sundhed, klima, filosofi og al anden god videnskab indimellem - i form af artikler, podcasts, YouTube-videoer og indhold på sociale medier.

Vi stiller meget høje krav til, hvordan vi finder og laver vores historier. Vi har lavet et manifest med gode råd til at finde troværdig information, og vi modtog i 2021 en fornem pris for vores guide til god, kritisk videnskabsjournalistik.

Vores redaktion gør en dyd ud af at få uafhængige forskere til at bedømme betydningen af nye studier, og alle interviewede forskere citat- og faktatjekker vores artikler før publicering.

Hvis du går rundt og undrer dig over stort eller småt, vil vi elske at høre fra dig og forsøge at give dig svar med forskernes hjælp. Send bare dit spørgsmål til vores brevkasse Spørg Videnskaben.

Vi håber, at du vil følge med i forskningens forunderlige opdagelser her på Videnskab.dk.

Få et af vores gratis nyhedsbreve sendt til din indbakke. Du kan også følge os på sociale medier: Facebook, Twitter, Instagram, YouTube eller LinkedIn.

Med venlig hilsen

Videnskab.dk