Czas — w sensie dosłownie fizykalnym — mierzy się dziś z dokładnością do bilionowych części sekundy. Technologią, która to umożliwia, jest fontanna cezowa: urządzenie realizujące definicję sekundy w układzie SI, w którym atomy cezu są chwytane i chłodzone laserami do temperatur bliskich zeru absolutnemu, a następnie poddawane dokładnie zdefiniowanemu promieniowaniu mikrofalowemu. Obserwacja kwantowego przejścia między dwoma poziomami energetycznymi atomu cezu-133 pozwala generować wzorzec częstotliwości o precyzji nieosiągalnej dla żadnego innego zegara. Polska uruchomiła właśnie drugą fontannę tego typu — w Świętokrzyskim Kampusie Laboratoryjnym Głównego Urzędu Miar w Kielcach.
Droga z Borówca do Kielc
Obie polskie fontanny mają wspólną historię. W 2015 roku Centrum Badań Kosmicznych Polskiej Akademii Nauk uzyskało grant aparaturowy, który — przy współpracy z brytyjskim National Physical Laboratory — pozwolił zbudować dwa takie urządzenia. Pierwsza od lat pracuje w Borówcu pod Poznaniem, gdzie mieści się Laboratorium Czasu i Częstotliwości CBK PAN. Druga przez lata czekała na ukończenie kieleckiego kampusu. Przeniesienie aparatury z Poznania do Kielc okazało się operacją o wyjątkowo wysokim stopniu skomplikowania — fontanna cezowa wymaga transportu w ściśle kontrolowanej temperaturze i z amortyzacją pneumatyczną wysokiej klasy. Wstępne testy po instalacji potwierdziły, że parametry pracy urządzenia nie ucierpiały.
Niezależność, której nie daje GPS
Dla przeciętnego użytkownika czas pobierany z satelitów GPS wydaje się wystarczająco dokładny. Problem pojawia się, gdy spojrzy się na to z perspektywy infrastruktury krytycznej. Telekomunikacja, energetyka i systemy finansowe wymagają synchronizacji na poziomie nanosekund — i są uzależnione od zewnętrznych sygnałów satelitarnych, które mogą być zakłócane lub fałszowane. Polska atomowa skala czasu UTC(PL), generowana przez GUM, po uzupełnieniu o kielecki wzorzec zyska wyższy poziom dokładności i stabilności, co pozwoli budować systemy synchronizacji niezależne od GPS i europejskiego Galileo. Połączenie obu fontann — w Borówcu i w Kielcach — dedykowaną siecią światłowodową umożliwia bezpośrednie porównywanie wzorców z dokładnością do kilkudziesięciu pikosekund, stawiając Polskę w gronie krajów o najwyższym poziomie suwerenności metrologicznej. Najbliższa przyszłość należy jednak do optycznych zegarów atomowych, opartych na przejściach w zakresie widzialnym zamiast mikrofalowym — urządzeń jeszcze dokładniejszych, nad którymi polskie środowisko naukowe już pracuje.
