دقیق ترین ساعت اتمی جهان: انقلابی در فناوری سنجش زمان

گامی بزرگ در سنجش زمان: دقیق‌ترین ساعت اتمی جهان

تیمی از پژوهشگران مؤسسه ملی استاندارد و فناوری آمریکا (NIST) موفق شده‌اند با ثبت رکوردی جدید در دقت زمان‌سنجی، دقیق‌ترین ساعت اتمی جهان را طراحی کنند. این موفقیت که استانداردهای قبلی را ۴۱ درصد بهبود داده، مرزهای دقت و پایداری در ساعت‌های اتمی را به شکل قابل توجهی جابه‌جا کرده است؛ امری که برای کشفیات علمی و هماهنگی جهانی زمان اهمیت اساسی دارد.

فناوری پیشرفته ساعت اتمی فوق دقیق

ساعت‌های اتمی همچنان به عنوان دقیق‌ترین ابزار برای سنجش زمان شناخته می‌شوند و عملکرد آن‌ها بر پایه ارتعاشات منظم اتم‌ها استوار است. در این دستاورد، پژوهشگران NIST یک یون آلومینیوم منفرد را با دقت بسیار بالا در شرایط کنترل‌شده و دمایی نزدیک به صفر مطلق به دام انداختند و سرد کردند. با اندازه‌گیری نوسانات بسیار ظریف این یون، ساعت توانست گذر زمان را با دقتی باورنکردنی تا ۱۹ رقم اعشار ثبت کند. این میزان دقت که به عنوان «عدم قطعیت سیستماتیک بسیار پایین» شناخته می‌شود، موجب شده پایداری این ساعت نسبت به مدل‌های پیشین ۲.۶ برابر افزایش یابد.

فیزیک در این سطح نیازمند کنترل موشکافانه تمام متغیرهاست. حتی جزئی‌ترین اختلالات محیطی می‌تواند بر دقت ساعت اتمی تاثیرگذار باشد. تیم NIST با ضخیم‌تر کردن صفحه الماس درون ساعت و تقویت روکش طلایی الکترودهای داخلی، موفق شدند پایداری میدان‌های الکتریکی حیاتی برای عملکرد ساعت را به میزان محسوسی افزایش دهند.

پیشرفت‌های مشترک و فناوری‌های کلیدی

دستیابی به این سطح از دقت و پایداری همچنین به کمک یون منیزیم همراه با یون آلومینیوم ممکن شده است. این سیستم «شریک»، امکان کنترل مؤثرتر با استفاده از نور لیزر را فراهم می‌کند و به دقت بالاتر و پایداری بیشتر منجر می‌شود. لیزرهای بسیار دقیق مورد استفاده در این تحقیق از آزمایشگاهی تخصصی در فاصله بیش از ۳.۶ کیلومتر تامین شدند که شهرتی جهانی در پایداری و دقت دارد. راهکار مشارکتی تیم علمی باعث شد زمان مورد نیاز برای جمع‌آوری داده کافی جهت اندازه‌گیری یک ثانیه با دقت ۱۹ رقمی، از سه هفته به تنها یک روز و نیم کاهش یابد.

میسون مارشال، فیزیکدان NIST، درباره این دستاورد می‌گوید: «کار با ساعتی که مرزهای دقت را جابجا می‌کند هیجان‌انگیز است» و بر تعهد این موسسه به گسترش علم اندازه‌گیری تاکید دارد. همچنین دانیل رودریگز کاستیو، مهندس برق، اشاره می‌کند: «هر جزئی از معماری این ساعت بر عملکرد کلی آن تاثیر می‌گذارد و همین امر رسیدن به این نتیجه را به چالشی بزرگ بدل می‌کند.»

پیامدهای علمی و فنی فراتر از ساعت‌سازی

در حالی که ساعت‌های رایج صرفاً برای مصرف روزمره کاربرد دارند، ساعت‌های اتمی به عنوان مرجع زمانی کل زیرساخت‌های جهانی محسوب می‌شوند. دقت آن‌ها برای کالیبره کردن ساعت‌های دیگر، انجام آزمایش‌های پیچیده فیزیکی، پشتیبانی سامانه‌های ناوبری مانند GPS و مطالعه ساختار بنیادی عالم حیاتی است. تعریف دقیق ثانیه اساس انواع پیشرفت‌های علمی و فناوری را تشکیل می‌دهد. پیشرفت در دقت زمان‌سنجی امکان پژوهش‌هایی چون جستجوی ماده تاریک یا آزمون نسبیت اینشتین را نیز فراهم می‌آورد.

دانشمندان NIST نسبت به آینده این حوزه خوشبین هستند. نسل‌های بعدی این فناوری قاعدتاً با افزایش تعداد یون‌های به دام افتاده یا استفاده از روش‌های برهم‌تنیدگی کوانتومی، قادر خواهند بود دقت بی‌سابقه‌ای در سنجش زمان به دست آورند. ویلا آرتور-دورشاک، فیزیکدان NIST، اظهار می‌کند: «با این بستر، آماده کشف معماری‌‌های جدید ساعت و تعمیق دانش خود درباره ثابت‌های بنیادی جهان هستیم.»

جمع‌بندی

تولید دقیق‌ترین ساعت اتمی جهان نقطه عطفی در علم فیزیک و فناوری است. با تاکید بر نوآوری و همکاری علمی، تیم NIST نه‌تنها استاندارد جدیدی در دقت زمان‌سنجی تعیین کرد بلکه مسیر پیشرفت‌های آینده را نیز هموار ساخت. این موفقیت دریچه‌های تازه‌ای را برای توسعه سیستم‌های ناوبری، سنجش زمان و پژوهش‌های بنیادی در حوزه کیهان و ماهیت زمان می‌گشاید. با تداوم تحقیقات، دستیابی به دقت‌های بالاتر در ساعت‌های اتمی می‌تواند درک بشر از جهان را دگرگون کند و اعتبار علوم و فناوری‌های نوین در سراسر جهان را ارتقا بخشد.