ساعة تحطم
قد يكون حفظ الوقت الذي توفره ساعتك أو هاتفك جيدًا بما يكفي للحياة اليومية، لكن العلماء أكثر طموحًا بكثير من حيث الدقة، و استخدام الساعات الذرية لقياس شرائح الوقت بأكبر قدر ممكن من الدقة.
تعتمد هذه الساعات على “دقات” الموجات الضوئية أو إشارات الموجات الدقيقة، التي يتم ضبطها بواسطة الإلكترونات التي تقوم بتبادل مستويات الطاقة أثناء تحفيزها بواسطة مصدر الطاقة الخارجي. وبما أن هذه المقايضة تحدث بتردد محدد ومعروف لكل نوع من العناصر، فيمكن استخدام ذرة واحدة منها للتأكد من دقة العلامات.
الآن لدينا ساعة ذرية جديدة تدعي أنها تغلبت على جميع الأرقام القياسية السابقة عندما يتعلق الأمر بالدقة. وهو يعتمد على عنصر اللوتيتيوم، ويقيس الثانية بمستوى عدم يقين أقل من عشرة مليارات مليار من الثانية، أي حوالي أربع مرات أفضل من أي شيء تم تسجيله سابقًا.
وبعبارة أخرى، ينبغي أن يختفي بمقدار أقل من ثانية إذا تُرك قيد التشغيل لمدة 300 مليار سنة (وهو ما يقرب من عشرة مليارات مليار ثانية). قام الباحثون على مدار الساعة، من جامعة سنغافورة الوطنية، بنشر أعمالهم في طبيعة.
إطار الحدود = “0” سماح = “مقياس التسارع؛ التشغيل التلقائي؛ الكتابة في الحافظة؛ الوسائط المشفرة؛ جيروسكوب؛ صورة داخل صورة؛ مشاركة الويب” Referrerpolicy=”strict-origin-when-cross-origin”allowfullscreen>
“أنا واثق من أن ما لدينا الآن هو الساعة الأكثر دقة في العالم” يقول الفيزيائي موراي باريت. “في المستقبل، لا أرى كيف يمكن التغلب على هذه الساعة.”
تستخدم الساعات الذرية تقليديًا السيزيوم كعنصر مرجعي لها، ولكن في السنوات الأخيرة تم اختبار عناصر أخرى أيضًا، بما في ذلك السترونتيوم. تتأرجح هذه العناصر بشكل أسرع من السيزيوم، مما يعني المزيد من القراد في الثانية.
كان الباحثون يستكشفون إمكانية استخدام اللوتيتيوم لمدة عقد من الزمن في هذه المرحلة، وهم الفريق الوحيد حتى الآن الذي أدرك إمكاناته في حفظ الوقت.
حيث يتفوق العنصر حقًا في استقراره. ويعني تركيبها الذري أنها محمية بشكل لا يصدق ضد الحرارة والمغناطيسية والحركة، والتي من شأنها أن تكون بمثابة اضطرابات في تحول حالة طاقة الإلكترون.
“الخصائص الجيدة تعني أنه يمكن تحقيق دقة عالية حتى في مجموعة واسعة من البيئات.” يقول باريت.
“ستكون ساعة اللوتيتيوم مستقرة حتى لو انتقلت من أسخن مكان مسجل على الأرض في وادي الموت إلى أبرد مكان في هضبة القطب الجنوبي.”
وللتحقق من دقة ساعتهم الذرية، قام الباحثون ببناء ساعة ثانية، تعتمد أيضًا على اللوتيتيوم. مع تعديلات على نظرية أينشتاين النسبية العامة (لم تكن الساعات في نفس المكان تمامًا)، وتمت مقارنة الوحدتين ببعضهما البعض.
وعلى مدى 200 ساعة من القياسات، التي استغرقت 12 يومًا في المجمل، كانت الاختلافات بين الساعتين صغيرة جدًا لدرجة أنها كانت صفرًا فعليًا.
“هناك مقولة فكاهية مفادها أن “الرجل الذي لديه ساعة يعرف الوقت الآن، أما الرجل الذي لديه ساعتين فهو غير متأكد أبدًا”. يقول الفيزيائي كايل أرنولد.
“إنها تخبرك بشكل أساسي أن الطريقة الوحيدة لاختبار دقة المعيار هي مقارنة الساعات وإظهار إمكانية التكرار.”
إلى جانب كونها مجرد نقطة مرجعية جيدة حقًا للوقت الحالي، فإن هذه الساعات فائقة الدقة لا تقدر بثمن بالنسبة لبعض الأبحاث الأساسية واسعة النطاق في الفيزياء – على سبيل المثال، قياس كيفية تغير الجاذبية عبر الأرض.
ولتطوير تكنولوجيا الساعة الذرية بشكل أكبر، يريد الفريق تقليل حجمها (وهي تشغل حاليًا مختبرًا كاملاً)، بحيث يمكن نقلها من مكان إلى آخر. وهذا يعني أنه يمكن اختبار دقته في عدد أكبر من المواقع، ويمكن استخدامه للتطبيقات العملية (مثل مراقبة الصهارة تحت الأرض).
مرة أخرى، اللوتيتيوم له خصائص يمكن أن تساعد. يستخدم العنصر أشعة ليزر جاهزة لا تشغل مساحة كبيرة، ويعمل في درجة حرارة الغرفة دون الحاجة إلى أنظمة تبريد ضخمة.
“الخطوة التالية هي أخذ الساعة على نطاق المختبر وتصغيرها إلى نظام قابل للنقل.” يقول الفيزيائي مايكل لي.
وقد تم نشر البحث في طبيعة.
تم التحقق من صحة هذه المقالة بواسطة راشيل غارنر وتم تحريره بواسطة فيونا ماكدونالد. وبينما نفخر بعمليتنا، فإننا بشر فقط. إذا اكتشفت خطأً، يرجى اعلامنا.
المصدر الأصلي: www.sciencealert.com
