Jak wyjaśnia fizyk prof. Michał Zawada z Uniwersytetu Mikołaja Kopernika, od wielu lat nie istnieje jeden, absolutnie precyzyjny wzorzec czasu, do którego miałyby być synchronizowane wszystkie zegary na świecie. w tej chwili standard czasu uzyskuje się poprzez porównywanie pomiarów w czasie rzeczywistym między zegarami rozmieszczonymi w różnych częściach globu oraz uśrednianie tych wyników.
Do precyzyjnej synchronizacji potrzebne są nowoczesne sieci światłowodowe, które zapewniają znacznie większą dokładność. W związku z tym Polska aktywnie uczestniczy w tworzeniu międzynarodowych połączeń światłowodowych. Jesienią ubiegłego roku w ramach europejskiej sieci GÉANT uruchomiono innowacyjne połączenie światłowodowe Pathfinder o długości około 690 km. Składa się ono z włókien światłowodowych udostępnionych przez polską sieć PIONIER oraz wynajętych przez sieć GÉANT na terenie Niemiec. Ten most łączy Narodowy Instytut Metrologiczny w Brunszwiku z Poznańskim Centrum Superkomputerowo-Sieciowym (PCSS), które z kolei jest połączone z siecią optyczną PIONIER, obejmującą największe polskie ośrodki akademickie.
Dzięki temu pomiary czasu realizowane w Brunszwiku mogą być przesyłane między innymi do Uniwersytetu Mikołaja Kopernika, gdzie znajdują się dwa najdokładniejsze optyczne zegary atomowe w Polsce, a także do Głównego Urzędu Miar w Warszawie, odpowiedzialnego za utrzymanie oficjalnego czasu w kraju.
Ultraprecyzyjne zegary atomowe znajdują coraz szersze zastosowanie. W Europie ich pełny potencjał ujawnia się dopiero dzięki możliwościom porównywania pomiarów czasu między krajami. Temu służą takie inicjatywy jak światłowodowy most Pathfinder między Polską a Niemcami. Omawiany projekt otwiera drogę do powstania europejskiej sieci precyzyjnego czasu. Choć największym wyzwaniem były formalności międzynarodowe, udało się pokonać bariery — i teraz naukowcy liczą, iż kolejne kraje dołączą do współpracy.
Zastosowanie zegarów atomowych
Superdokładne zegary mają najważniejsze znaczenie w wielu zaawansowanych technologiach. Najbardziej znanym przykładem jest system nawigacji satelitarnej GPS, który opiera się na precyzyjnym pomiarze czasu, by określić pozycję odbiorcy z dokładnością do kilku metrów, a w niektórych przypadkach choćby centymetrów. choćby najmniejsze błędy w synchronizacji zegarów satelitów mogą prowadzić do poważnych odchyleń w lokalizacji.
Poza nawigacją, precyzyjne odmierzanie czasu jest niezbędne w sektorze finansowym, gdzie transakcje muszą być rejestrowane z dokładnością do mikrosekund, aby zapewnić bezpieczeństwo i przejrzystość operacji.
Zegary atomowe odgrywają również istotną rolę w systemach telekomunikacyjnych, wojskowych oraz w badaniach naukowych, na przykład w geofizyce, gdzie pomagają monitorować zjawiska takie jak trzęsienia ziemi czy badania grawitacyjne.
Miliardy tyknięć na sekundę
Tradycyjne mechaniczne zegary, które używa każdy z nas, nie radzą sobie z ułamkami sekund, które są najważniejsze np. w sporcie czy technologiach wysokiej precyzji. Wzorcem są zegary atomowe, które mierzą czas na podstawie częstotliwości drgań atomów — ich tykanie sięga choćby dziesięciu milionów miliardów razy na sekundę. W Polsce takie zegary działają m.in. w Głównym Urzędzie Miar, Poznańskim Centrum Superkomputerowo-Sieciowym czy ośrodku w Borówcu. Co więcej, jeszcze dokładniejsze są optyczne zegary atomowe, jak te rozwijane na Uniwersytecie Mikołaja Kopernika, które tykają miliard miliardów razy na sekundę — czyli są sto razy bardziej precyzyjne od klasycznych zegarów atomowych.
Dzięki tej niesamowitej precyzji możemy mierzyć choćby bardzo subtelne efekty związane z teorią względności Einsteina. Na przykład czas płynie nieco wolniej w pobliżu masywnych obiektów, co oznacza, iż zegar na dachu wysokiego budynku w Warszawie działa minimalnie szybciej niż zegarki w metrze.
