گروه‌های علمی که به‌طور جداگانه در وین و پکن فعالیت می‌کنند، دو ساعت هسته‌ای عملیاتی ساخته‌اند که نخستین نمونه‌های جهان به شمار می‌روند و پیشرفتی مهم در زمان‌سنجی محسوب می‌شوند و می‌توانند کاربردهای عملی گسترده‌ای داشته باشند و ابزار جدیدی برای بررسی فیزیک بنیادی فراهم کنند.
به گزارش تجارت نیوز، این دو دستگاه، نسل بعدی ساعت‌های اتمی هستند، ساعت‌های بسیار دقیقی که برای زمان‌سنجی به کار می‌روند و نخستین بار در سال ۱۹۴۹ ساخته شدند. دو گروه پژوهشی اعلام کردند: ساعت‌های هسته‌ای این ظرفیت را دارند که از بهترین ساعت‌های اتمی متعارف نیز دقیق‌تر باشند اما هنوز به این سطح نرسیده‌اند.
این دستگاه‌ها «ساعت هسته‌ای» نامیده می‌شوند، نه به این دلیل که با همجوشی یا شکافت هسته‌ای کار می‌کنند، بلکه به این دلیل که زمان با رصد نحوه تعامل نور ــ یک لیزر پرقدرت ــ با هسته یک اتم محاسبه می‌شود. هر دو ساعت هسته‌ای بر پایه شکلی از عنصر توریم یا همان ایزوتوپ توریم-۲۲۹، ساخته شده‌اند که در بلورهای کلسیم فلوئورید در حالت جامد به دام افتاده است.
شیچیان دینگ، فیزیکدان دانشگاه تسینگ‌هوا در چین و رهبر گروه سازنده ساعت پکن گفت: دو گروه به‌طور مستقل از یکدیگر کار کردند و در یک زمان به ساعت‌های هسته‌ای عملیاتی مبتنی بر توریم-۲۲۹ رسیدند و از رویکردهای آزمایشی متفاوتی استفاده کردند. به نظرم این موضوع بسیار امیدوارکننده است زیرا نشان می‌دهد این مفهوم قابل اتکاست و به یک روش فنی خاص وابسته نیست.
تورستن شوم، فیزیکدان دانشگاه فنی وین در اتریش و سرپرست گروه سازنده ساعت وین گفت: ساخت یک ساعت هسته‌ای چیزی بود که فیزیکدانان نزدیک به ۵۰ سال رویای آن را داشتند. گروه من از ۲۰۰۸ برای دستیابی به این هدف تلاش کرده است.
وی افزود: ساعت‌های هسته‌ای می‌توانند در زمینه‌هایی مانند ناوبری ماهواره‌ای، هماهنگ‌سازی انتقال داده، نقشه‌برداری و مترولوژی یعنی علم اندازه‌گیری و کاربردهای عملی آن، مورد استفاده قرار گیرند.
ساعت‌های اتمی متعارف با استفاده از لیزر یا امواج مایکروویو، ذرات زیراتمی موسوم به الکترون‌ها را وادار می‌کنند در اتم بین دو سطح انرژی جابه‌جا شوند و برای این کار از عناصری مانند سزیم یا استرانسیم استفاده می‌کنند اما ساعت‌های هسته‌ای جدید با استفاده از لیزر، ذرات زیراتمی یعنی پروتون‌ها و نوترون‌ها را وادار می‌کنند بین سطوح انرژی درون هسته یک اتم ــ در این مورد توریم-۲۲۹ ــ جابه‌جا شوند.
ایده اصلی این است که ردیابی این گذارها درون هسته اتم می‌تواند در مقایسه با ردیابی آنها در الکترون‌ها، به دقت بیشتری منجر شود، زیرا هسته اتم بسیار کوچک‌تر از پوسته اطراف آن است که الکترون‌ها در آن قرار دارند.
تکمیل فناوری
شوم گفت: ساعت هسته‌ای هنوز با عملکرد هدف خود فاصله زیادی دارد و پژوهشگران در تلاش هستند این فناوری را بهبود ببخشند. نکته بسیار خوب اینجاست که ساعت وین، بلورهای توریم کمی بهتر و با غلظت بالاتر و ویژگی‌های نوری بهتر دارد، در حالی که ساعت گروه پکن، لیزر قدرتمندتری دارد، بنابراین همین حالا با ترکیب این اجزا می‌توانیم ساعت بسیار بهتری بسازیم.
دقیق‌ترین ساعت‌های اتمی متعارف می‌توانند طی میلیاردها سال تنها یک ثانیه جلو یا عقب بیفتند. این دقت فوق‌العاده برای کاربردهایی مانند سامانه‌های ناوبری ماهواره‌ای جهانی و ارتباطات اینترنتی، سلولی و فیبر نوری حیاتی است. پژوهشگران معتقدند ساعت‌های هسته‌ای پس از تکمیل، می‌توانند این وظایف را حتی بهتر انجام دهند و همچنین کوچک‌تر و ظریف‌تر ساخته شوند.
ساعت‌های هسته‌ای همچنین برای بررسی فیزیک بنیادی امیدبخش هستند. گروه وین نشان داد، ساعت این گروه می‌تواند یک آزمایش فیزیکی دقیق را انجام دهد. آنان در این آزمایش به دنبال شناسایی ماده تاریک بودند، ماده‌ای مهم در کیهان که تاکنون از طریق مشاهده مستقیم شناسایی نشده است. این آزمایش در واقع ماده تاریک را شناسایی نکرد اما ساعت هسته‌ای در سطح بهترین ساعت‌های اتمی عمل کرد.
طبق گزارش خبرگزاری رویترز، شوم اظهار کرد: این فناوری امکان دسترسی به جهان کاملا جدید از فیزیک را فراهم می‌کند.
نتایج این پژوهش در نشریه Nature منتشرشده است.
منبع: ایسنا