ساخت دقیق‌ترین ساعت اتمی جهان توسط محققان آمریکایی: گامی نوین در تعریف ثانیه

پیشرفت چشمگیر در زمان‌سنجی

محققان مؤسسه ملی استاندارد و فناوری آمریکا (NIST) از یک موفقیت بزرگ در زمینه زمان‌سنجی خبر داده‌اند. ساعت اتمی نوری جدید آن‌ها ۴۱ درصد دقیق‌تر از رکورددار قبلی، یعنی ساعت شبکه استرانسیوم، عمل می‌کند. علاوه بر این، پایداری این دستگاه ۲.۶ برابر بیشتر از هر ساعت یونی دیگری در جهان است که آن را به ابزاری بی‌نظیر برای کاربردهای علمی و فناوری تبدیل می‌کند.

قلب تپنده: یون آلومینیوم

در مرکز این ساعت فوق‌دقیق، یک یون آلومینیوم قرار دارد. محققان بر این باورند که یون آلومینیوم به دلیل ویژگی‌های منحصربه‌فرد خود، از جمله «تیک‌تاک»های با فرکانس بسیار بالا و پایدار، و همچنین حساسیت کم به تغییرات دما و میدان‌های مغناطیسی، یک زمان‌سنج ایده‌آل محسوب می‌شود. با این حال، یک چالش اساسی وجود داشت: یون آلومینیوم را نمی‌توان به طور مستقیم با لیزر خنک کرد یا مورد کاوش قرار داد.

سیستم رفاقتی کوانتومی: راه‌حلی خلاقانه

تیم NIST برای غلبه بر این چالش، از یک «سیستم رفاقتی» کوانتومی بهره برد. آن‌ها یک یون منیزیم را در کنار یون آلومینیوم قرار دادند. یون منیزیم که به راحتی با لیزر قابل کنترل است، دو وظیفه حیاتی را بر عهده می‌گیرد:

• یون آلومینیوم را خنک کرده و حرکات ناخواسته آن را به حداقل می‌رساند.
• با حرکت هماهنگ با یون آلومینیوم، وضعیت ساعت را برای دانشمندان قابل خواندن می‌کند.

بازتعریف مفهوم ثانیه

در حال حاضر، تعریف رسمی و جهانی «یک ثانیه» بر اساس تعداد مشخصی از نوسانات اتم سزیم-۱۳۳ است که از سال ۱۹۶۷ برقرار بوده و بسیار دقیق است. با این حال، ساعت جدید یون آلومینیوم از نوسانات اتم‌هایی استفاده می‌کند که تیک‌تاک بسیار سریع‌تر و پایدارتری نسبت به سزیم دارند. این نوسانات در محدوده فرکانس نوری (بسیار بالاتر از فرکانس مایکروویو سزیم) قرار دارند. این پیشرفت به جامعه علمی جهان این امکان را می‌دهد که تعریف رسمی «یک ثانیه» را از تعداد نوسانات اتم سزیم، به تعداد نوسانات یک اتم جدید و پایدارتر مانند آلومینیوم تغییر دهد.

یافته‌های این پژوهش مهم در نشریه Physical Review Letters منتشر شده است.