ساعتی را تصور کنید آنقدر پایدار که بتواند کشش بسیار ناچیز گرانش زمین را در اختلاف ارتفاعی چند میلیمتری حس کند. شبیه داستانهای علمیتخیلی به نظر میرسد؟ دیگر نه. پژوهشگران مرکز فناوریهای کوانتومی سنگاپور از یک ساعت اتمی نوری مبتنی بر لوتتیوم رونمایی کردهاند که در آزمایشهای آزمایشگاهی، از هر ساعت اتمی ثبتشده دیگری دقیقتر عمل کرده است.
ساعتهای اتمی زمان را با رصد نوسان الکترونها میان حالتهای انرژی نگه میدارند؛ چیزی شبیه آونگ در ساعتهای ایستاده قدیمی، اما بسیار سریعتر و ظریفتر. برای دههها، سزیم معیار اصلی زمان بود. در سالهای اخیر، دانشمندان به سراغ نوسانسازهای با بسامد بالاتر مانند ایتربیوم، استرانسیم و آلومینیوم رفتهاند تا از هر تیک، دقت بیشتری به دست آورند. اکنون روشن شده است که لوتتیوم رقیبی تازه و بسیار قدرتمند است.
لوتتیوم در انتهای سری لانتانیدها و درست پس از ایتربیوم قرار دارد. این عنصر سنگینتر است و مهمتر از آن برای ساعتها، در برابر اختلال ناشی از تابش گرمایی و تغییرات میدان مغناطیسی حساسیت کمتری دارد. همین پایداری در برابر عوامل محیطی به ضربانهایی منظمتر تبدیل میشود. موری برت، فیزیکدان دانشگاه ملی سنگاپور و سرپرست این پروژه، میگوید این دستگاه در شرایط بسیار متفاوت، از گرمای دره مرگ تا سرمای جنوبگان، پایدار میماند.
تیم سنگاپوری بیش از یک دهه را صرف نقشهبرداری از رفتار اتمی لوتتیوم و توسعه روشی کرد که آن را میانگینگیری اَبَرفوقریز مینامند؛ روشی که گذار ساعت را با شفافیتی استثنایی تعریف میکند. سپس آنها دو ساعت لوتتیومی کاملا یکسان ساختند و به مدت ۲۰۰ ساعت در کنار هم به کار گرفتند. این دو ساعت به عدمقطعیتی برابر با 5.7×10^-19 رسیدند و دقیقترین جفت ساعت اتمی مقایسهشده تا امروز شدند.
بسامد این ساعت تا ۱۹ رقم اعشار اندازهگیری شد و عدمقطعیت آن تا 1×10^-19 کاهش یافت؛ کمترین عدمقطعیتی که تاکنون برای هر ساعت اتمی نوری گزارش شده است.
اهمیت این دستاورد فراتر از رکوردشکنی است. در چنین سطحی از دقت، زمانسنجی به ابزاری برای تشخیص تغییرات بسیار کوچک در گرانش و ارتفاع تبدیل میشود. ساعت لوتتیومی جدید میتواند جابهجاییهای زمانی ناشی از تفاوتهای گرانشی را در فاصلههایی در حد میلیمتر آشکار کند. این توانایی مسیر را برای ژئودزی دقیقتر، نقشهبرداری زیرزمینی و آزمونهای بنیادی فیزیک هموار میکند.
نهاد بینالمللی ناظر بر استانداردهای زمان، یعنی دفتر بینالمللی اوزان و مقیاسها، هماکنون دادههای ساعتهای نوری را برای بازتعریف احتمالی ثانیه ارزیابی میکند؛ اتفاقی که احتمالا حدود سال ۲۰۳۰ یا پس از آن رخ خواهد داد. پیشرفتهایی مانند ساعت لوتتیومی سنگاپور در این گفتوگو نقشی محوری خواهند داشت.
گامهای بعدی این تیم جنبه عملی دارد: کوچکسازی دستگاه و قابلحمل کردن آن. یک ساعت لوتتیومی آماده استفاده میدانی میتواند شیوه اندازهگیری زمین، نقشهبرداری منابع و همگامسازی فناوریهای وابسته به زمان فوقدقیق را دگرگون کند. اگر بتوان ثانیه را تا این حد دقیق مهار کرد، چه اندازهگیریهای تازهای ممکن خواهد شد؟
.avif)
نظر بگذارید
نظرات (2)
دقت 10^-19 جدیِ؟ آیا توی محیط واقعی هم این پایداری رو حفظ میکنن یا فقط تو آزمایشگاه؟ خیلی امیدوارم ولی یه کم شک دارم، اگه قابل حمل شه عالیه
وااای، انگار داریم تو فیلم علمی-تخیلی زندگی میکنیم! اینکه بشه میلیمترها رو با ساعت حس کرد، واقعا عجیب و هیجانانگیزه اما چطوری اینو کوچیک و قابل حمل میکنن؟