Satovi sto se gibaju, kucaju sporije- fizicari testiraju teoriju relativnosti

Da je dužina sekunde ovisna o gibanju sata čini nam se nelogičnim i nespojivim s iskustvima u svakodnevici. Ali, dilatacija vremena je realnost – to je eksperimentalno potvrđeno već 1971. atomskim satovima koji su se kretali velikom brzinom u zrakoplovima. Njemački fizičari na Institutu Maxa Plancka htjeli su biti još precizniji – i utvrditi usporenje vremena točno na desetu decimalu.

InstitutMaxa Plancka za nuklearnu fiziku nalazi se na brijegu Boxbergu, kod Heidelberga. Njegovu jezgru cini ubrzavac cestica, tzv. Ciklotron, koji ispunjava prostor velicine parkilalista za zrakoplove. Guido Saathoff ima poteskoce zvucati razgovjetno zbog buke svih transormatora i pumpi za vakuum.

«Ovdje cijela stvar pocinje. Tu vidimo Faradajev kavez, unutra je izvor iona.«- promovirani fizicar pokazuje na veliki obli, duguljasti kontejner narancaste boje, velicine teretnjaka. U njegovoj unutrasnjosti, visoki napon ubrzava elektricno nabijene atome litija, takozvane ione, na 19 tisuca kilometara po sekundi. To je 6 posto brzine svjetlosti – dovoljno da se u dvije sekunde jednom okruzi Zemlju. Guido Saathof i njegovi kolege promatraju ubrzanje tih cestica, kako bi testirali Einsteina. Prema specijalnoj teoriji relativnosti, unutarnji sat brzih iona trebao bi sporije kucati od sata na njegovoj ruci, kaze Guido Saathof: «Prema Einsteinu, grubo receno – 1,002 puta sporije. To znaci 2 promila sporije nego satovi u laboratoriju, a taj faktor od 1,002 mozemo pomocu laserske spektroskopije tocno izmjeriti na deset decimala.»

Put litijevih iona zavrsava se u susjednoj hali, gdje ih jaki magneti prisiljavaju na kruznu putanju: «Ovo je prsten u kojem se ioni skupljaju. Ovdje oni izlaze van iz ubrzavaca. Posvuda okolo su dipolni i kvadropolni magneti.»

Aluminijska cijev kruznog oblika u kojoj se ioni gibaju ogromnom brzinom, dugacka je 55 metara. Od silnih zavojnica, kablova i drugih elektricnih uredjaja sama cijev u kojoj je vakuum, jedva da se vidi. U njoj ioni naprave 330 tisuca obrtaja u sekundi. «Ioni imaju funkciju satova. Oni naime mogu titrati, a svaki sat se gotovo uvijek bazira na sistemu titranja, tako je npr.u kvarcnom satu - qartz taj koji titra. Atomi takodjer mogu titrati, odnosno elektroni u atomu i to puno brze nego quartz. To nam omogucuje da vrijeme mjerimo vrlo precizno.« - objasnjava Guido Saathof.

Za ocitavanje atomskih sekundarica, fizicari primjenjuju laserske zrake, pomocu kojih poticu elektrone iona litija na odredjeno titranje. Ioni pri tome oslobadjaju fluorescentno svjetlo, koje pokazuje kojom brzinom se giba njihov unutarnji sat. «Sada smo u podrumu. Ovdje se nalazi sklop uredjaja povezanih u mrezu, a tu je smjesteno i nase lasersko kuciste. To sto je sagradjeno u podrumu neka je vrsta barikade, buduci da u gruboj atmosferi uslijed magnetskih polja i elektrosmoga laser ne moze nesmetano raditi.«

U prigusenom svjetlu iza crnih plasticnih zavjesa nalazi se stol, velicine ploce za stolni tenis. Na njemu stoje tri velika lasera, kao i brojne lece i ogledala. Instaliranje te optike za preciznost testiranja Einsteinovih teorija trajalo je vise od tri godine: « Ovdje smo provodili noci i dane. U prvoj fazi eksperimenta to nam nije nimalo pricinjavalo zabavu, no kada smo shvatili kako moramo raditi, postalo je bolje. «

U medjuvremnu su Guido Saathof i kolege uspjeli potvrditi Einsteinovu formulu na deset decimala- preciznije nego ikada ranije. No, s obzirom da ni to jos nije dovoljno, znanstvenici planiraju niz mjerenja pri Drustvu za istrazivanje teskih iona u Darmstadtu. Tamo se uz pomoc jos veceg ubrzivaca ioni litija daju ubrzati na trecinu brzine svjetlosti. Prema Einsteinu, svaka sekunda na njihovom unutarnjem satu trebala bi trajati 60 milisekundi duze, nego sekunda na rucnom satu Guidoa Saathofa.