Ovo je najtočniji atomski sat na svijetu

Odvojite sekundu i pretvorite je u bilijune trenutaka. Izmjerite svaki od njih. Tako precizno atomski sat u singapurskom Centru za kvantne tehnologije (CQT) mjeri vrijeme – i to s rekordnom točnošću, prema rezultatima objavljenim u časopisu Nature 23. rujna 2026.

Zanimljivo je da je sat toliko precizan da može detektirati usporavanje vremena zbog gravitacije već pri visinskoj razlici od oko 5 mm. Drugim riječima, podignete li jedan od dva sata nekoliko milimetara, relativistički efekt gravitacije već postaje mjerljiv.

„Uvjeren sam da je ono što sada imamo najtočniji sat na svijetu“, kaže voditelj tima Murray Barrett, glavni istraživač CQT-a i izvanredni profesor na Odjelu za fiziku Nacionalnog sveučilišta u Singapuru.

Istraživači temelje svoju tvrdnju na mjerenjima koja pokazuju da njihov atomski sat, izgrađen od elementa lutecija, nadmašuje prethodne rekordere izgrađene od drugih elemenata.

Točniji satovi obećavaju istraživanje nepoznanica u fundamentalnoj fizici i praćenje gravitacijskih promjena diljem Zemlje i bore se za redefiniranje sekunde.

Atomski satovi mjere vrijeme u odnosu na atomski prijelaz, kada jedan od elektrona atoma zamijeni energetske razine. Frekvencija ovog prijelaza je fiksno svojstvo atoma. Laser je usklađen s ovim 'prijelazom sata', a svjetlosne oscilacije djeluju poput njihala za odbrojavanje vremena.

Osnovna metoda postoji već desetljećima. Atomi cezija postavili su globalni standard za vrijeme od 1960-ih, a atomski satovi cezija već podržavaju Globalni pozicijski sustav (GPS) i sinkroniziraju komunikacijske i transportne mreže.

Elementi poput nedavnih rekordera iterbija, stroncija i aluminija osciliraju mnogo brže od cezija, što im pomaže da točnije mjere vrijeme. Međunarodno tijelo odgovorno za vremenske standarde razmatra podatke iz takvih novih optičkih atomskih satova prema redefiniciji sekunde koja se očekuje 2030. godine ili nakon toga.

Tim CQT-a započeo je rad s lutecijem prije više od desetljeća, pretpostavljajući da ima prava svojstva da se pridruži skupini vrhunskih satova. Tim je, koliko im je poznato, jedina grupa koja do sada radi s ovim elementom za mjerenje vremena.

Tim je sada izmjerio frekvenciju svog lutecijevog sata na 19 decimalnih mjesta, izvijestivši o nesigurnosti od 1 x 10⁻¹⁹, što je najniža zabilježena nesigurnost za bilo koji optički atomski sat do danas. To znači da bi sat bi pogriješio za otprilike jednu sekundu tek nakon 317 milijardi godina.Također su izgradili dva sata i usporedili njihovo otkucavanje jedno s drugim. Satovi su se složili oko nesigurnosti od 5,7 x 10⁻¹⁹, što je najpreciznija ikad napravljena usporedba satova. Više mjerenja mogla bi dodatno smanjiti tu nesigurnost.

Lutecijeve snažne performanse proizlaze iz svojstava atoma: njegova promjena takta gotovo ne osjeća promjene temperature ili magnetskog polja. Kod drugih elemenata, ovi čimbenici okoline mogu lagano mijenjati frekvenciju promjene takta.

„U budućnosti jednostavno ne vidim kako bi se ovaj sat mogao nadmašiti“, kaže izvanredni profesor Barrett. Njegov tim je više od desetljeća radio na preciznom inženjerstvu na svom atomskom satu, testirajući različita svojstva atoma. Taj rad uključivao je izum sheme nazvane 'hiperfino usrednjavanje' za definiranje prijelaza sata.

„Dobra svojstva znače da se visoka točnost može postići čak i u širokom rasponu okruženja“, kaže Barrett. „Lutecijski sat bio bi stabilan čak i ako biste prešli s najtoplijeg mjesta zabilježenog na Zemlji u Dolini smrti na najhladnije mjesto na antarktičkoj visoravni.“

Samopouzdanje tima pojačano je njihovom usporedbom satova, provedenom tehnikom poznatom kao korelacijska spektroskopija tijekom 200 sati mjerenja.

Svaki lutecijski sat sastoji se od jednog nabijenog iona 176Lu + čiji je taktni prijelaz usklađen s laserom valne duljine od 848 nanometara.

Idealno bi bilo da tim usporedi svoj lutecijski sat s drugim najboljim atomskim satovima na svijetu, ali postoji izazov. Optički atomski satovi na razini 10-19 toliko su precizni da mogu osjetiti usporavanje vremena uzrokovano gravitacijom preko visinskih razlika od milimetara. Usporedno mjerenje CQT tima moglo je razlučiti razliku u visini od 5 mm između njihovih satova na istom stolu. Kako bi osigurali da to ne ograniči njihovo mjerenje, neovisno su izmjerili razliku u visini Lu+ iona ispod milimetarske razine. Razlike u gravitaciji između različitih mjesta na Zemlji još nisu dovoljno dobro poznate da bi se uspoređivali satovi na ovoj razini.

Kako bi se omogućile nove usporedbe i istražile buduće primjene, sat bi trebao izaći iz laboratorija. „Sljedeći korak je uzeti sat laboratorijske veličine i minijaturizirati ga u prenosivi sustav“, kaže Michael Lee, suautor prvog autora rada i doktorand u timu NUS-a. Istraživači očekuju da mogu smanjiti svoj sat bez ugrožavanja točnosti.