SCIENCE 3D | 광격자 시계

무슨 일이 일어났나

광격자 시계는 레이저 빛으로 만든 «달걀판» 꼴 그릇(광격자)에 원자를 담아, 원자의 아주 고른 진동으로 시간을 세는 시계입니다(도쿄대).

도쿄대 가토리 히데토시가 2001 년 이론을 내놓고 2003 년 기본 실험에 성공했으며, 2014 년 18 자리 정확도 — 300 억 년에 1 초 안 — 의 시계를 만들었습니다.

이렇게 정밀하면 높이에 따른 중력 시간 지연이 보입니다: 시뮬레이터에서 450 m 높이 차는 빠르기 비율 4.91×10⁻¹⁴, 하루 4.24 ns 이고, RIKEN 은 도쿄 스카이트리 450 m 전망층과 바닥의 광격자 시계로 이 차이를 쟀습니다.

JILA 는 광격자에 담은 차가운 스트론튬 원자 약 10 만 개로 1 mm 높이 차의 시간 지연까지 봤습니다(NIST).

BIPM 은 스트론튬-87 광격자의 약 429 THz 진동수를 표준 진동수 목록(초의 2 차 표현)에 올려 두었습니다.

달걀판에 달걀을 하나씩 앉히듯, 광격자는 빛으로 만든 칸에 원자를 붙잡아 흔들리지 않게 합니다.
폰 시계는 통신망 시각에 맞춰지고 그 시각은 원자시계를 바탕으로 하는데, 광격자 시계의 진동수도 BIPM 의 «초의 2 차 표현» 목록에 올라 있습니다.

원자 (스트론튬 등) — 차갑게 식힌 원자의 아주 고른 진동이 시계의 «추» 입니다 — JILA 시계는 약 10 만 개를 씁니다.
광격자 레이저 — 서로 마주 보는 레이저 빛이 «달걀판» 꼴 칸을 만들어 원자를 붙잡아 둡니다.
시계 레이저 (재는 빛) — 원자의 진동수에 맞춘 빛으로, 원자가 가장 잘 반응하는 진동수를 찾아 그 진동을 셉니다.
자기 차폐 상자 — 바깥 자기장을 막습니다 — 스카이트리 실험의 옮길 수 있는 시계는 한 변 약 60 cm 상자에 들어 있었습니다(RIKEN).

가토리 히데토시가 광격자 시계를 처음 내놓은 해 (도쿄대): 2001 출처
18 자리 정확도의 광격자 시계를 만든 해: 2014 출처
300 억 년에 1 초 안으로 맞는 정확도 (≈ 9.5×10¹⁷ s 에 1 s): 30000000000 년 출처
빛으로 만든 «달걀판» 꼴 그릇 (광격자) 에 원자를 담는다: optical lattice 출처
JILA 시계 — 광격자에 담은 차가운 스트론튬 원자 약 10 만 개: 100000 개 출처
BIPM 표준 진동수 목록의 스트론튬-87 광격자 (약 429 THz, 파장 약 698 nm — 초의 2 차 표현): 429000000000000 Hz 출처
스카이트리 실험의 옮길 수 있는 광격자 시계 — 한 변 약 60 cm 자기 차폐 상자: 0.6 m 출처
JILA(NIST · 콜로라도대) 2022 — 1 mm 높이 차에서도 시계 빠르기가 달랐다: 0.001 m 출처