دیجیاتو: گروهی از پژوهشگران در ایالات متحده موفق به طراحی دقیق‌ترین ساعت اتمی جهان شدند. این اختراع که بر پایه یک یون آلومینیوم کار می‌کند، قادر است زمان را با دقتی معادل ۱۹ رقم اعشار اندازه‌گیری کند. این پیشرفت که حاصل دو دهه تحقیق و تلاش است، به تغییر تعریف جهانی «ثانیه» منجر خواهد شد.
دانشمندان مؤسسه ملی استاندارد و فناوری آمریکا (NIST) از دستیابی به رکوردی جدید در عرصه زمان‌سنجی خبر داده‌اند. ساعت اتمی نوری جدید آنها ۴۱ درصد نسبت به ساعت استرانسیوم که قبلاً رکورد داشت، دقت بیشتری دارد. علاوه بر این، این دستگاه ۲.۶ برابر پایدارتر از هر ساعت یونی دیگری در سطح جهان عمل می‌کند.
طراحی دقیق‌ترین ساعت اتمی جهان
در مرکز این ساعت یک یون آلومینیوم قرار گرفته است. بر اساس اظهارات محققان، ویژگی‌های خاص «تیک‌تاک»های این یون، که از فرکانس‌های بالا و پایداری بالاتری برخوردار است و به تغییرات دما و میدان‌های مغناطیسی حساسیت کمی نشان می‌دهد، آن را به یک زمان‌سنج فوق‌العاده تبدیل کرده است. اما چالش بزرگی وجود داشت: یون آلومینیوم را نمی‌توان با لیزر خنک یا مورد بررسی قرار داد.
تیم NIST برای حل این مشکل ابتکار جالبی ارائه دادند: استفاده از یک «سیستم رفاقتی» کوانتومی. آنها یک یون منیزیم را در کنار یون آلومینیوم قرار دادند. یون منیزیم که به راحتی با لیزر قابل کنترل است، دو وظیفه کلیدی را به عهده می‌گیرد؛
۱. خنک کردن یون آلومینیوم و به حداقل رساندن حرکات ناخواسته‌اش.
۲. با نوسان هماهنگ با یون آلومینیوم، امکان خوانش وضعیت ساعت را برای محققان فراهم می‌آورد.
برای دستیابی به این دقت بی‌سابقه، تیم تحقیقاتی ناچار به بازطراحی کامل تمامی اجزای سیستم شدند؛ آنها با استفاده از ویفر الماس ضخیم‌تر و بهبود پوشش‌های طلا، تله یونی را دوباره طراحی کردند تا از حرکات ریز و مزاحم یون‌ها که ممکن بود دقت ساعت را کاهش دهد، جلوگیری کنند. به‌علاوه، برای کاهش نشت گاز هیدروژن (که با برخورد به یون‌ها می‌تواند عملکرد ساعت را به هم بزند)، محفظه خلاء فولادی قدیمی با محفظه‌ای جدید از جنس تیتانیوم جایگزین شد. این تغییر، نشت هیدروژن را تا ۱۵۰ برابر کاهش داد.
در حال حاضر، تعریف رسمی و جهانی «ثانیه» براساس تعدادی نوسانات اتم سزیم-۱۳۳ تعیین شده است. این استاندارد از سال ۱۹۶۷ برقرار بوده و دقت بالایی دارد. با این حال، ساعت جدید با استفاده از نوسانات اتم‌هایی که تیک‌تاک‌های سریع‌تر و پایدارتری نسبت به سزیم دارند، عمل می‌کند. این نوسانات در دامنه فرکانس نوری (بسیار بالاتر از فرکانس مایکروویو سزیم) قرار دارند. به عبارت دیگر، محققان می‌توانند تعریف رسمی «یک ثانیه» را از تعداد نوسانات اتم سزیم به تعدادی از نوسانات یک اتم جدید و پایدارتر مانند آلومینیوم تغییر دهند.
یافته‌های این تحقیق در مجله Physical Review Letters منتشر شده است.
من فارغ‌التحصیل علوم زبانشناسی هستم و علاقه‌ام به کلمات به اندازه‌ای است که در کنار آن، به بررسی جوانب مختلف علوم و تکنولوژی نیز می‌پردازم. نزدیک به ۱۵ سال از نگارش اولین متن رسمی من می‌گذرد.