Jak lutetiové hodiny ze Singapuru dosáhly přesnosti řádu 10⁻¹⁹

Atomové hodiny nepotřebují jen pravidelný „tikot“. Musí také co nejpřesněji určit, jak jejich referenční frekvenci mění okolní prostředí. Právě v tom spočívá výsledek týmu Murrayho Barretta z Centra pro kvantové technologie při Národní univerzitě v Singapuru. Podle práce zveřejněné 23. září 2026 v časopise Nature dosáhly jeho optické hodiny s lutetiem relativní nejistoty frekvence blízké 1 × 10⁻¹⁹. Tým ji označuje za dosud nejnižší oznámenou nejistotu optických atomových hodin.306

Jeden iont jako frekvenční reference

Základem hodin je jediný elektricky nabitý iont izotopu lutetium-176. Laser sleduje jeho optický přechod na vlnové délce 848 nanometrů. Frekvence tohoto přechodu slouží jako reference; sama o sobě však ještě nezaručuje přesný čas. Naměřenou frekvenci mohou posouvat elektromagnetická pole i tepelné záření.72521

Důležitým krokem byl postup označovaný jako hyperjemné průměrování. Místo spoléhání na jediný vnitřní stav iontu se kombinují měření souvisejících stavů, takže se některé posuny vzájemně vyruší. Barrettův tým s touto myšlenkou počítal už ve výzkumném plánu z roku 2015 a později ji experimentálně předvedl u víceiontových lutetiových hodin.29152

Tím ale práce na rušivých vlivech neskončila. V roce 2019 výzkumníci u hodin se třemi ionty měřili a potlačovali rozdíly mezi jejich frekvencemi, mimo jiné vlivy související s elektrickým kvadrupólovým momentem. Další výzkum se zabývá posuny způsobenými tepelným zářením a gradienty elektrického pole. Lutetium tedy není vůči prostředí jednoduše „imunní“ — jeho citlivost je nutné vyhodnocovat.1821

Proč se uvádějí dvě různá čísla

Hodnota zhruba 1 × 10⁻¹⁹ vyjadřuje oznámenou relativní nejistotu frekvenční reference. Tým také porovnal dvoje nezávisle sestavené hodiny s jediným iontem a uvedl nejistotu jejich porovnání 5,7 × 10⁻¹⁹. Druhé číslo říká, s jakou nejistotou lze ověřit jejich vzájemnou shodu; není to jiný zápis přesnosti jednotlivých hodin.6524

Při porovnávání lutetiových referencí tým využíval korelační spektroskopii, která pomáhá omezit vliv šumu měřicího laseru a lépe rozlišit drobný rozdíl mezi hodinami. Sama však nemůže vyloučit systematickou chybu společnou oběma přístrojům. V popisu výsledku se objevuje také údaj o 200hodinovém porovnávání; dostupné výňatky zdrojů tuto délku ani úplný rozpočet nejistot nezávisle nedokládají.2628

Přirovnání, že by se hodiny opozdily či předběhly o méně než sekundu za více než 260 miliard let, je názorný přepočet, nikoli tak dlouhý experiment. Při stálé relativní odchylce 1 × 10⁻¹⁹ vychází zhruba jedna sekunda za 317 miliard let; při hodnotě 1,2 × 10⁻¹⁹ asi za 264 miliard let. V článcích se objevují obě hodnoty, a proto záleží na tom, z které přirovnání vychází.64

Co bude potřeba dál

Takto přesná optická reference může přispět k budoucí změně definice sekundy. Výsledek jedné laboratoře ale sám o sobě neprokazuje, že jej dokážou zopakovat jiné týmy, ani neurčuje, který atomový přechod by se měl stát novým standardem. Dostupné podklady nepotvrzují závazný termín případné změny.3024

Při této úrovni přesnosti záleží dokonce i na poloze hodin: poblíž zemského povrchu odpovídá rozdílu výšky jeden milimetr gravitační posun frekvence přibližně 1,1 × 10⁻¹⁹. Pro porovnání hodin na různých místech je proto nutné znát také rozdíl jejich gravitačního potenciálu. Samostatnou výzvou zůstává přenosná verze, která by si po přesunu uchovala kontrolu nad iontem, laserem i vlivy prostředí — a znovu doložila svou nejistotu.521