أعلنت مجموعة من الفيزيائيين عن أفضل أداء الساعات الذرية من أي وقت مضى.
يقال إن الأداة تقيس الوقت بدقة شديدة لدرجة أنها لن تفقد سوى ثانية واحدة كل 300 مليار سنة ، مما يسمح بقياسات أكثر دقة لموجات الجاذبية والمادة المظلمة وظواهر فيزيائية أخرى. نُشرت دراسة تستند إلى البحث الذي قاده جامعة ويسكونسن ماديسون يوم الأربعاء (16 فبراير) في مجلة نيتشر.
قال شيمون كولكويتز ، أستاذ الفيزياء بجامعة ويسكونسن ماديسون وكبير مؤلفي الدراسة ، في بيان. “نحن نعمل على تحسين أدائهم وتطوير التطبيقات الناشئة التي يتم تمكينها من خلال هذا الأداء المحسن.”
متعلق ب: ستكون ساعة ذرية تابعة لناسا رائدة في السفر إلى الفضاء السحيق
بشكل عام ، الساعات الذرية هي الساعات التي تتبع الأصداء من ترددات الذرات ، وعادة ما تكون ذرات السيزيوم أو الروبيديوم. تسمح هذه العملية لمثل هذه الساعات بقياس الوقت بدرجة عالية من الدقة. وكالة ناسا ساعة ذرية في الفضاء السحيق هو مثال لتجربة فضائية ، اختبرت التكنولوجيا في المدار لمدة عامين.
تعمل الساعات الذرية من خلال تتبع مستويات طاقة الإلكترونات. وأوضحت الجامعة في نفس البيان أنه “عندما يغير الإلكترون مستويات الطاقة ، فإنه يمتص أو يصدر الضوء بتردد مماثل لجميع ذرات عنصر معين”. “تحافظ الساعات الذرية الضوئية على الوقت باستخدام ليزر تم ضبطه لمطابقة هذا التردد بدقة ، وهي تتطلب بعض أكثر أجهزة الليزر تطوراً في العالم للحفاظ على الوقت بدقة.”
خلقت الدراسة الجديدة ساعة متعددة الإرسال ، والتي انفصلت السترونشيوم ذرات في خط في غرفة مفرغة مفردة. استخدم الفريق “ليزرًا رديئًا نسبيًا” ، كما أسماه كولكويتز ، والذي لا يزال قادرًا على إنتاج مستويات قياسية قريبة من الدقة في القياس.
إذا قاموا بتسليط الليزر على ساعة واحدة فقط ، فإن الليزر يثير الإلكترونات في نفس العدد من الذرات لمدة عُشر من الثانية فقط. ولكن مع وجود ساعتين في نفس الوقت ، ظلت الذرات متحمسة لمدة 26 ثانية.
قال كولكويتز: “في العادة ، سيحد الليزر الخاص بنا من أداء هذه الساعات”. “ولكن نظرًا لوجود الساعات في نفس البيئة وتعرض نفس ضوء الليزر تمامًا ، فإن تأثير الليزر يتلاشى تمامًا.”
ثم حاولت المجموعة قياس الفروق بين الساعات على وجه التحديد ، لأن مجموعتين من الذرات في بيئات مختلفة قليلاً “تدق” بمعدلات مختلفة بسبب التغيرات في المجالات المغناطيسية أو الجاذبية. أجرى الفريق التجربة أكثر من 1000 مرة لقياس الفرق ، ووجدوا مزيدًا من الدقة في هذا القياس بمرور الوقت.
في النهاية ، اكتشف الباحثون اختلافًا في معدل التأشير بين ساعتين ذريتين “يتوافق مع اختلافهما مع بعضهما البعض بمقدار ثانية واحدة فقط كل 300 مليار سنة – وهو قياس ضبط الوقت الدقيق الذي يضع رقماً قياسياً عالمياً لساعتين منفصلتين مكانياً ، “قالت الجامعة.
من قبيل الصدفة ، نشرت دراسة غير ذات صلة في نفس العدد من مجلة Nature فرقًا في التردد بين أعلى وأسفل سحابة من الذرات المشتتة أفضل بنحو 10 مرات من مجموعة UW-Madison.
الدراسة الأخرى ، التي قادها معهد أبحاث في كولورادو يُدعى JILA (المعروف سابقًا باسم المعهد المشترك للفيزياء الفلكية المختبرية) ، حددت الرقم القياسي العالمي بشكل عام لأدق فرق التردد. تأتي مجموعة UW-Madison في المرتبة الثانية.
وقال Kolkowitz: “الشيء المدهش هو أننا أظهرنا أداءً مشابهًا لمجموعة JILA على الرغم من حقيقة أننا نستخدم ليزرًا أسوأ من حيث الحجم”. “هذا مهم حقًا للعديد من تطبيقات العالم الحقيقي ، حيث يبدو الليزر الخاص بنا أشبه كثيرًا بما يمكن أن تخرجه في الميدان.”
تابع إليزابيث هويل على تويتر تضمين التغريدة. تابعنا على تويتر تضمين التغريدة أو الفيسبوك.
“متعطش للطعام. طالب. متحمس محترف للزومبي. مبشر شغوف بالإنترنت.”
More Stories
صاروخ فالكون 9 التابع لشركة سبيس إكس يتوقف قبل إطلاقه ملياردير في مهمة خاصة
بقرة بحرية ما قبل التاريخ أكلها تمساح وسمكة قرش، بحسب حفريات
إدارة الطيران الفيدرالية تطلب التحقيق في فشل هبوط صاروخ فالكون 9 التابع لشركة سبيس إكس