دقیق‌ ترین ساعت اتمی دنیا معرفی شد؛ ثانیه چه تغییری می‌ کند؟

دانشمندان مؤسسه ملی استاندارد و فناوری آمریکا (NIST) از توسعه انقلابی‌ترین ساعت اتمی خبر دادند. این ساعت نوری جدید، توانسته رکورد دقیقی‌ترین دستگاه‌های زمان‌سنجی را جابه‌جا کند. این ابزار پیشرفته، ۴۱ درصد دقیق‌تر از نمونه قبلی (ساعت شبکه استرانسیوم) است و ۲.۶ برابر پایدارتر از فناوری‌های پیشین عمل می‌کند.

ابداع دقیق‌ترین ساعت اتمی جهان

هسته مرکزی این ساعت را یک یون آلومینیوم تشکیل می‌دهد. به گفته تیم پژوهشی، این ماده به دلیل ویژگی‌های استثنایی‌اش مانند فرکانس پایدار و حساسیت پایین به تغییرات دمایی و میدان‌های مغناطیسی از بهترین گزینه‌ها برای زمان‌سنج محسوب می‌شود. با این‌حال، چالش اصلی این بود که یون آلومینیوم را نمی‌توان با تکنیک‌های متداول مثل لیزر خنک کرد یا مورد کاوش مستقیم قرار داد.

محققان NIST با اجرای یک راهکار هوشمندانه که به آن سیستم رفاقتی کوانتومی می‌گویند، این مشکل را حل کردند. آنها یک یون منیزیم را در کنار یون آلومینیوم جای دادند و وظیفه‌های کلیدی را به آن محول کردند:

1. یون منیزیم می‌تواند یون آلومینیوم را خنک کرده و حرکت‌های اضافی آن را خنثی کند.
2. این یون با هماهنگ‌سازی حرکات خود، امکان مطالعه رفتار ساعت را برای دانشمندان فراهم می‌کند.

برای دستیابی به این دقت بی‌نظیر، تیم تحقیقاتی مجبور شد تمامی اجزای سیستم را به‌طور کامل بازطراحی کند. از جمله این بهبودها، استفاده از ویفر الماس ضخیم‌تر در طراحی تله یونی و ارتقاء پوشش‌های طلا بود که از حرکت‌های مخرب یون‌ها جلوگیری می‌کند. علاوه بر این، برای جلوگیری از نشت گاز هیدروژن که کارایی ساعت را مختل می‌کرد، محفظه فولادی قدیمی با یک نسخه تیتانیومی جایگزین شد. این تغییر، میزان نشت هیدروژن را ۱۵۰ برابر کاهش داده است.

تحولی در تعریف ثانیه

تعریف فعلی ثانیه در سیستم بین‌المللی واحدها (SI) بر اساس تعداد مشخصی از نوسانات اتم سزیم-۱۳۳ است که از سال ۱۹۶۷ به‌عنوان استاندارد جهانی شناخته شده است. با این‌حال، ساعت جدید مبتنی بر یون آلومینیوم می‌تواند با نوسانات سریع‌تر و پایدارتر خود، این استاندارد را متحول کند. این نوسانات که در بازه فرکانس نوری قرار دارند، دقیق‌تر از فرکانس‌های مایکروویو سزیم هستند و قابلیت بازتعریف ثانیه بر پایه این فناوری مدرن را فراهم می‌کنند.

جزئیات این پروژه در مجله معتبر Physical Review Letters منتشر شده است.