ساعت اتمی چین ۷ میلیارد سال بدون خطا کار می‌کند

پژوهشگران چینی با استفاده از لیزرهای استرانسیوم و فوق پایدار، یک ساعت نوری ساخته‌اند که دومین ساعت در نوع خود در جهان است.

پژوهشگران دانشگاه علم و فناوری چین یک ساعت نوری با ثبات و عدم قطعیت کمتر از پنج کوئینتیلیونیمی(۱۰ به توان ۳۰) ساخته‌اند. این ساعت در هفت میلیارد سال آینده تنها یک ثانیه جا می‌ماند یا جلو می‌رود. بنابراین زمان دقیقی را در طول زندگی ما نشان می‌دهد.

ساعت‌های نوری نقش مهمی در آینده‌ای دارند که امروزه در حال شکل‌گیری است. دانشمندان مطمئن هستند که با استفاده از ساعت‌های نوری می‌توانند سیستم‌های موقعیت‌یابی جهانی(GPS) دقیق‌تر و توزیع کلید کوانتومی را توسعه دهند.

تیم‌های تحقیقاتی مختلفی در کشورهای ژاپن، ایالات متحده و آلمان روی توسعه ساعت‌های اتمی کار می‌کنند. با این حال، دقیق‌ترین ساعت اتمی در دانشگاه کلرادو در بولدر ساخته شده است که عملکرد پایداری را نیز از خود نشان داده است.

اکنون چین با دستاورد جدید خود در این زمینه به دومین کشور در جهان تبدیل شده است که به این فناوری دست می‌یابد.

ثانیه چیست؟

یک ثانیه که در تصور ما همان یک تیک کوچک در ساعت است، در دنیای علم مبتنی بر یک ساعت اتمی به عنوان «ساعت فواره‌ای مایکروویو» تعریف می‌شود. یک ساعت اتمی، اتم‌های سزیم را به سمت بالا آزاد می‌کند که در اثر گرانش دقیقاً مانند یک فواره آب به سمت زمین سقوط می‌کنند. سپس این اتم‌ها با پالس‌های مایکروویو برانگیخته می‌شوند که باعث می‌شود الکترون‌ها ذرات نور را جذب و ساطع کنند و به سطوح مختلف انرژی جهش کنند.

هر یک از این چرخه‌ها یک تیک کوچک است که کسری از ثانیه را تشکیل می‌دهد و به دانشمندان اجازه می‌دهد زمان‌سنجی دقیق را تا چند کوادریلیونم حفظ کنند. با این حال، دقت چنین ساعتی به فرکانس مایکروویو بستگی دارد. بنابراین، پژوهشگران در حال توسعه یک ساعت نوری هستند که نور لیزر را جایگزین مایکروویو کند. تخمین زده می‌شود که این کار، عملکرد ساعت را تا دو برابر بهبود بخشد.

ساخت ساعت‌های نوری برای آینده

برای استفاده از ساعت‌های دیجیتال نوری، حداقل به سه آزمایشگاه برای دستیابی به پایداری زیر پنج کوئینتیلیونم و عدم قطعیت زیر دو کوئینتیلیوم نیاز است.

تیم تحقیقاتی چین تحت هدایت پان جیان‌وی از استرانسیوم برای ساخت ساعت نوری خود استفاده کردند.

پژوهشگران اتم‌های استرانسیم را تا دمای چند میکرو کلوین خنک کردند. سپس آنها را در یک شبکه یک بعدی که با کمک پرتوهای لیزر متقاطع ایجاد شده است، به دام انداختند. سپس از یک لیزر فوق‌پایدار برای تحریک اتم‌ها و ایجاد یک انتقال ساعتی که پایدار و دقیق بود، استفاده کردند.

مقایسه این ساعت اتمی با سایر ساعت‌های اتمی تأیید کرد که این ساعت نوری تا ۲.۲ کوئینتیلیونم پایدار است، در حالی که عدم قطعیت آن ۴.۴ کوئینتیلیونم بود.

پژوهشگران در مجله تحقیقاتی Metrologia گفته‌اند که ساعت نوری آنها طی ۷.۲ میلیارد سال تنها یک ثانیه جا می‌ماند یا جلو می‌رود.

این تلاش، تیم چینی را در حداقل معیارهای لازم برای ساختن آینده‌ای قرار می‌دهد که از ساعت‌های نوری برای زمان‌سنجی دقیق استفاده می‌کند.

پژوهشگران همچنین قصد دارند از اتم‌های دیگری مانند ایتربیوم برای ساخت ساعت اتمی و مقایسه تفاوت‌ها در زمان‌سنجی استفاده کنند.

پژوهشگران همچنین می‌گویند که کار آنها راه‌های جدیدی را برای آزمایش نظریه‌های اساسی در فیزیک و جستجوی امواج گرانشی و ماده تاریک باز کرده است.

منبع: ایسنا