„Najprecizniji sat na svijetu”: Atomski sat upravo postavio novi svjetski rekord

Atomski sat je najprecizniji uređaj za mjerenje vremena koji koristi standardnu rezonantnu frekvenciju atoma kao brojač protoka vremena. Za razliku od klasičnih mehaničkih ili kvarcnih satova koji ovise o titranju opruge ili kristala, rad atomskog sata temelji se na kvantno-mehaničkim prijelazima elektrona unutar atoma. Zbog nepromjenjivosti tih prirodnih konstanti, ovi uređaji postižu stabilnost koja drastično nadmašuje sve druge tehnologije. 

Razvoj atomskog sata predstavlja jedan od najvažnijih tehnoloških i znanstvenih skokova u povijesti čovječanstva. Zamjenom astronomskih promatranja i mehaničkih oscilacija stabilnim kvantnim stanjima atoma, preciznost mjerenja vremena dramatično se povećala, omogućujući funkcioniranje modernog interneta, GPS navigacije i telekomunikacija.

Princip rada atomskog sata zasniva se na fizikalnoj činjenici da atomi određenih elemenata, kada su izloženi točno definiranoj frekvenciji mikrovalnog ili laserskog zračenja, apsorbiraju ili emitiraju energiju prelazeći iz jednog energetskog stanja u drugo.

Najčešće vrste atomskih satova su cezijev sat, rubidijski sat, vodikov maser i optički satovi (stroncij/itarbij) .

Najnovija generacija atomskih satova - optički satovi (stroncij/itarbij) - koristi lasere umjesto mikrovalova. Satovi s atomima stroncija postižu fascinantnu preciznost s odstupanjem manjim od jedne sekunde u nekoliko milijardi godina.

Autor David Nield*, znanstveni novinar, u svom tekstu pod nazivom 'The Most Accurate Clock in The World': Atomic Clock Just Set a New World Record objavljenom na uglednom znanstvenom portalu ScienceAlert donosi nam najnoviji inovativni pothvat fizičara sa Sveučilišta u Singapuru koji su razvili atomski sat koji obara sve dosadašnje rekorde u točnosti:

Način na koji vaš sat ili telefon mjere vrijeme možda je sasvim dovoljan za svakodnevni život, no znanstvenici teže puno većoj preciznosti te koriste atomske satove kako bi što točnije izmjerili djeliće vremena.

Ti se satovi temelje na „otkucajima” svjetlosnih valova ili mikrovalnih signala. Sinkronizirani su pomoću elektrona koji mijenjaju energetske razine kada ih pobudi vanjski izvor energije. Budući da se te promjene odvijaju na točno određenoj, poznatoj frekvenciji za svaku vrstu elementa, pojedinačni atom tog elementa može poslužiti za osiguravanje preciznosti otkucaja.

Trenutačno je predstavljen novi atomski sat koji, prema tvrdnjama znanstvenika, nadmašuje sve dosadašnje rekorde u točnosti. 

„Temelji se na elementu luteciju i mjeri sekundu s neodređenošću manjom od jednog deset-milijarditog dijela milijarde sekunde, što je oko četiri puta bolje od bilo čega prethodno zabilježenog.” 

Drugim riječima, odstupanje bi iznosilo manje od jedne sekunde čak i kada bi sat radio punih 300 milijardi godina (što je otprilike deset milijardi milijardi sekundi). 

Istraživači sa Sveučilišta u Singapuru (National University of Singapore), koji su razvili ovaj sat, objavili su rezultate svog rada u prestižnom znanstvenom časopisu Nature.

U nastavku autor* posvećuje svoj tekst tehničko-tehnološkim svojstvima novo dizajniranog atomskog sata:

„Uvjeren sam da je ovo što sada imamo najprecizniji sat na svijetu”, kaže fizičar Murray Barrett. „Jednostavno ne vidim kako bi se u budućnosti ovaj sat mogao nadmašiti.”

Atomski satovi tradicionalno koriste cezij kao referentni element. 

No, posljednjih se godina ispituju i drugi elementi, uključujući stroncij. Ti elementi titraju brže od cezija, što znači da ostvaruju više otkucaja u sekundi.

Istraživači sa Sveučilišta u Singapuru već desetljeće proučavaju mogućnost korištenja lutecija i zasad su jedini tim znanstvenika u svijetu koji je iskoristio njegov potencijal za mjerenje vremena.

Ovaj se element posebno ističe svojom stabilnošću. Njegova atomska struktura pruža iznimnu zaštitu od topline, magnetizma i gibanja, čimbenika koji bi inače ometali promjene energetskih stanja elektrona.

„Ta dobra svojstva znače da se visoka preciznost može postići čak i u vrlo različitim okruženjima”, kaže Barrett.

„Sat na bazi lutecija bio bi stabilan čak i kada biste se premjestili s najtoplijeg mjesta na Zemlji, zabilježenog u Dolini smrti, na najhladnije mjesto na antarktičkoj visoravni.”

Kako bi provjerili točnost novo dizajniranog atomskog sata David Nield* navodi da su istraživači izradili drugi sat, također temeljen na luteciju: 

Nakon prilagodbi u skladu s Einsteinovom teorijom opće relativnosti (budući da se satovi nisu nalazili na potpuno istom mjestu), ta su dva uređaja međusobno uspoređena.

Tijekom 200 sati mjerenja, raspoređenih u ukupno 12 dana, razlike između dvaju satova bile su toliko zanemarive da su praktički iznosile nulu.

„Postoji ona šaljiva izreka: 'Čovjek s jednim satom zna koliko je sati, a čovjek s dva sata nikad nije siguran'”, kaže fizičar Kyle Arnold.

„To zapravo znači da je jedini način provjere točnosti nekog standarda usporedba satova i dokazivanje ponovljivosti rezultata.”

Osim što služe kao iznimno pouzdana referenca za mjerenje vremena, ti su superprecizni satovi neprocjenjivi za neka od temeljnih istraživanja velikih razmjera u fizici – primjerice, za mjerenje promjena gravitacije na različitim dijelovima Zemlje.

Na koncu David Nield* zaključuje tekst osvrtom na buduće inovativne istraživačke poduhvate kojima će se dodatno usavršiti tehnologija atomskih satova: 

Kako bi dodatno unaprijedio tehnologiju atomskih satova, istraživački tim želi smanjiti njihove dimenzije (trenutačno zauzimaju cijeli laboratorij) i omogućiti njihovu prenosivost. To bi omogućilo provjeru točnosti na više lokacija te primjenu u praktične svrhe poput praćenja kretanja magme pod zemljom.

Tu također mogu biti od pomoći svojstva lutecija. Taj se element koristi uz komercijalno dostupne lasere koji ne zauzimaju previše prostora te funkcionira na sobnoj temperaturi, bez potrebe za glomaznim sustavima hlađenja.

„Sljedeći je korak pretvoriti laboratorijski sat u minijaturizirani, prenosivi sustav”, zaključuje fizičar Michael Lee.

Podaci o radu:

Autori: 

K. J. Arnold, M. D. K. Lee, Qi Zhao, Qichen Qin, Zhao Zhang, N. Jayjong, M. D. Barrett 

Izvorni naslov:

Lu⁺ optical frequency references with accuracy verified at the 19th digit

Godina publiciranja rada: 2026

Naziv časopisa: Nature

Bibliografska baza: WOSSCI

Kvartil: Q1

Impact factor (2025): IF=56.1

Detaljnije o ovom radu može se vidjeti na poveznici:

https://doi.org/10.1038/s41586-026-11072-8

Izvori: Nature; ScienceAlert.

* David Nield je znanstveni novinar i suradnik portala ScienceAlert još od 2015. godine. Kao slobodni novinar već više od 20 godina piše o znanosti i tehnologiji. Njegovi su radovi objavljeni u brojnim uglednim publikacijama, uključujući Wired, Popular Science, The Guardian i Gizmodo.