MIT, 기존보다 더 정확한 원자시계 만들었다

MIT 연구팀이 기존보다 더 정확한 원자 시계를 구축했다. 현재 가장 정확한 스트론튬 원자 시계 정밀도는 300억 년에 1초 어긋나는 수준 그러니까 우주가 시작된 순간인 140억 년에 시간을 맞췄다면 현재까지 0.5초도 차이가 없는 수준이다. 하지만 이번 연구에선 정확성을 더하기 위해 무작위로 진동하는 원자가 아니라 양자 얽힘 상태 원자를 측정하는데 사용한다.

세슘 원자 시계는 세슘 원자가 다른 세슘 원자와 똑같은 주파수로 진동한다. 이 진동수를 확인하기 위한 것이지만 원자 하나 진동을 도모하는 건 어렵기 때문에 많은 원자 진동을 정하고 평균 정확도를 높인다. 하지만 기존 측정 방법으론 수천 개 원자를 측정해도 여전히 어느 정도 불확실성이 남아 있다.

연구팀은 양자 얽힌 원자 시계 정밀도 향상에 도움이 될 것으로 봤다. 양자 얽힘 상태는 개별 원자가 무작위로 진동하고도 그룹 내 다른 원자에 상관 관계 측정 결과를 보여준다. 그리고 얽힌 상태 원자는 개별적으로 진동하는 상태를 정하는 기존 원자 시계보다 더 편차가 적고 정밀하게 된다는 것이다.

연구에선 350개 이테르븀 원자를 양자 얽힘 상태로 했다. 이테르븀 세슘보다 초당 10만 배 미세 진동한다. 이런 진동을 정확하게 추적할 수 있으면 전례 없는 짧은 시간 간격을 구별할 수 있다.

그리고 첨단 원자 시계를 이 얽혀 버린 상태 원자를 측정하도록 적합하게 하면 엉킴이 없는 기존 상태보다 4배 빠르게 원하는 정확도를 달성해 우주가 시작해 현재까지 발생하는 오차는 0.1초까지 정밀하게 만들 수 있다.

이 정확한 원자 시계를 이용하면 시간을 정확하게 알 수 있을 뿐 아니라 암흑 물질과 중력파 등을 분석하는데 도움이 여전히 풀리지 않는 의문에 대한 답을 이끌어낼 계기가 될 수도 있다. 중력이 시간 경과에 미치는 영향에 우주가 오래되면 빛 속도로 변화할 것인지 이런 의문도 더 정확한 원자 시계가 있으면 조사할 수 있다고 설명하고 있다. 관련 내용은 이곳에서 확인할 수 있다.