Zegar atomowy z lutetu bije rekord precyzji. Czy sekunda właśnie straciła ważność?

Czy lutet-176 zastąpi cez i na nowo zdefiniuje upływ czasu?. Fot. Bronisław Wilkoszewski, Wikimedia Commons, Public domain

Wyobraźmy sobie maraton, w którym zawodnik musi utrzymać idealne tempo przez miliard lat, nie oglądając się na upał, wstrząsy ani pole magnetyczne. Taki oto „naturalnie urodzony atleta wytrzymałościowy” został odkryty w laboratorium w Singapurze - a jego biciem serca fizycy zamierzają na nowo zdefiniować samą sekundę. Czy fundament naszej cywilizacji, od GPS po internet, właśnie zyskał nowy, doskonalszy rytm?

Koniec ery cezu? Lutetium wkracza do gry

→ Czytaj też: Lodowy teleskop pod biegunem. Nobel 2026 za odkrycie kosmicznych neutrin

Od 1968 roku oficjalna definicja sekundy opiera się na atomie cezu-133 - dokładnie 9,19 miliarda drgań tego pierwiastka wyznacza jedną sekundę. Przez dekady cezowe zegary atomowe były złotym standardem, ale ich precyzja ma fizyczne granice. Nawet najnowocześniejsze konstrukcje, wykorzystujące iterb czy stront, pozostają wrażliwe na minimalne wahania temperatury, pola magnetycznego i grawitacji.

Zespół z Narodowego Uniwersytetu Singapuru pod kierunkiem fizyka Murraya Barretta postawił na pierwiastek, który dotąd nie był gwiazdą metrologii: lutet-176. Badanie opublikowane 23 września 2026 roku w Nature pokazuje, że nowy zegar osiąga dokładność do 19 miejsc po przecinku - to o 41% lepszy wynik niż poprzedni rekordzista. Barrett tłumaczy to sportową analogią: „Naszym zadaniem jest upewnić się, że biegacz dotrze do mety. Lutet, jak się okazuje, jest urodzonym atletą wytrzymałościowym”.

Hipercienkie uśrednianie - patent na kosmiczną precyzję

→ Czytaj też: Fizycy słuchają muzyki wszechświata. Co usłyszą?

Co czyni lutet tak wyjątkowym? W przeciwieństwie do innych pierwiastków używanych w zegarach atomowych, lutet-176 jest wyjątkowo odporny na zewnętrzne zakłócenia. Tam, gdzie konkurencyjne konstrukcje wymagają kalibracji temperatury otoczenia z dokładnością do tysięcznych części stopnia, zegar lutetowy pracuje stabilnie nawet przy wahaniach sięgających 5 stopni Celsjusza.

Kluczowym elementem przełomu jest opracowana przez laboratorium Barretta technika zwana hipercienkim uśrednianiem (hyperfine averaging). Pozwala ona stłumić wpływ najpoważniejszych czynników środowiskowych, w tym pól grawitacyjnych, pozostawiając minimalną zmienność w pomiarze czasu. W praktyce oznacza to, że nowy zegar nie potrzebuje sterylnych warunków laboratoryjnych, by bić z rekordową dokładnością - to krok w stronę urządzeń, które mogą pracować poza wyspecjalizowanymi instytutami metrologicznymi.

Nowa sekunda i polowanie na zmienne stałe

Stawka jest wysoka. Międzynarodowe Biuro Miar i Wag (BIPM) planuje redefinicję sekundy w 2030 roku, opierając ją na nowoczesnych technologiach zegarów atomowych. Lutetowy kandydat Singapurczyków jest obecnie faworytem w wyścigu o precyzję. Jeśli zostanie wybrany, konsekwencje odczują wszyscy - od systemów nawigacji satelitarnej, przez synchronizację sieci internetowych, po technologie wojskowe, gdzie mikrosekundowe opóźnienia mogą decydować o powodzeniu operacji.

Istnieje jednak coś jeszcze bardziej fundamentalnego. Barrett przyznaje, że ultraprecyzyjne zegary dają fizykom narzędzie do zbadania, czy stałe fizyczne - na przykład stała grawitacyjna G - są rzeczywiście stałe. „Istnieją spekulacje, że fundamentalne stałe mogą się zmieniać” - zauważa fizyk. „Ultraprecyzyjne zegary dają nam narzędzia, by to zbadać”. Jeśli okaże się, że stałe fizyczne dryfują, będzie to oznaczać rewizję podstaw współczesnej fizyki - od ogólnej teorii względności po Model Standardowy.

Co dalej z czasem?

Zegar lutetowy to nie tylko laboratoryjny rekord. Jego odporność na warunki zewnętrzne otwiera drogę do budowy urządzeń, które mogą pracować w mniej kontrolowanych środowiskach - na pokładach satelitów, w głębinowych kablach telekomunikacyjnych czy w centrach danych rozsianych po całym globie. Im dokładniej mierzymy czas, tym precyzyjniej potrafimy określić położenie, synchronizować transakcje finansowe i prowadzić eksperymenty fizyczne.

Na razie zespół z Singapuru udowodnił, że lutet-176 jest w stanie biec w tym ultramaratonie dłużej i stabilniej niż jakikolwiek inny pierwiastek. Teraz pozostaje pytanie, czy do 2030 roku ktoś go prześcignie - i czy nasza definicja sekundy przetrwa kolejną rewolucję.