إنجاز كبير: العلماء يصنعون النموذج المبدئي لأول ساعة نووية في العالم

حقق باحثون من جامعة فيينا للتكنولوجيا، إنجازا هائلا استغرق عقودًا من الزمن، لإنشاء أول ساعة نووية بدائية على الإطلاق.
من خلال ربط ساعة ذرية من السترونشيوم ببلورة تحتوي على نوى الثوريوم، نجح فريق من الفيزيائيين في إثبات التكنولوجيا الأساسية التي ستقودنا إلى أول ساعة نووية محققة ومطورة بالكامل.
إن هذا الإنجاز - الذي لم يتم الوصول إليه بعد - سيفتح عالمًا جديدًا تمامًا من قياس الوقت بدقة فائقة، وفقا لساينس ألرت.
يوضح الفيزيائي ثورستن ستروم من جامعة فيينا للتكنولوجيا: "أثبتنا من خلال هذا النموذج الأولي: أنه يمكن استخدام الثوريوم كجهاز لقياس الوقت للقياسات عالية الدقة للغاية.. كل ما تبقى هو العمل على التطوير التقني، مع عدم توقع المزيد من العقبات الكبرى".
تعتمد الساعة الذرية على "دقات" الذرات الدقيقة للغاية أثناء تحولها بين حالات الطاقة عند تحفيزها بواسطة الليزر، كما تحددها حالات الإلكترونات التي تدور حول النواة في قلب الذرة.
ومع ذلك، فإن تحقيق ذلك باستخدام النواة نفسها أصعب كثيراً، لأن الأمر يتطلب قدراً أعظم كثيراً من الطاقة لتغيير حالة الطاقة الخاصة بالإلكترونات مقارنة بتغيير حالة الطاقة الخاصة بها.
الساعة النووية مرغوبة للغاية، لأنها ستكون أكثر استقراراً ودقة من الساعة الذرية. وفي المقابل، فإن الساعة النووية ستمكن من إجراء قياسات أكثر دقة للكون المادي ــ وهو ما يترتب عليه آثار في كل شيء بدءاً من الملاحة إلى البحث عن المادة المظلمة.
تم الإعلان في وقت سابق من هذا العام عن قياس القفزة في الطاقة ــ الفرق بين حالات الطاقة ــ في نواة الثوريوم. وسمح هذا لستروم وزملائه بتحديد الطاقة الدقيقة المطلوبة لإحداث التغيير في حالات الطاقة، وهي الآلية التي ستعتمد عليها الساعة النووية.
كانت الخطوة التالية هي إثبات قدرتهم على إنشاء ساعة من هذه الدقات، وهذا ما فعله ستروم وزملاؤه الآن.
الساعة التي أظهروها ليست تجربة الساعة النووية الكاملة، بل هي الخطوات الأولى في هذا الاتجاه. تعمل ساعة السترونشيوم في JILA في المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا باستخدام ضوء الأشعة تحت الحمراء.
ابتكر الفريق بلورة صغيرة من فلوريد الكالسيوم تحتوي على نوى الثوريوم، والتي يتم تبديل حالات الطاقة الخاصة بها باستخدام ضوء الأشعة فوق البنفسجية الفراغي.
لربط البلورة بالساعة الذرية، احتاج الباحثون إلى إيجاد طريقة لتحويل ضوء الأشعة تحت الحمراء إلى ضوء فوق بنفسجي. فعلوا ذلك من خلال إنشاء مشط تردد من أطوال الموجات تحت الحمراء، وتشغيله عبر غاز الزينون، الذي يتفاعل مع ضوء الأشعة تحت الحمراء لإصدار أطوال الموجات فوق البنفسجية.
كانت النتيجة عبارة عن مشط تردد مركب قادر على إثارة انتقال نوى الثوريوم ومزامنته مع دقات ذرات السترونشيوم.
دقات النواة الناتجة ليست أكثر دقة من ساعة السترونشيوم الذرية، ولكن الآن بعد إثبات المفهوم الأساسي، أصبحت التكنولوجيا الفعلية في الأفق - وقريبة جدًا من التحقيق الكامل، كما يقول الباحثون.
يقول الفيزيائي جون يي من JILA: "تخيل ساعة يد لن تفقد ثانية واحدة حتى لو تركتها تعمل لمليارات السنين. في حين أننا لم نصل إلى هناك بعد، فإن هذا البحث يقربنا من هذا المستوى من الدقة".
أجرى الفريق تجربتهم عدة مرات؛ وفي كل مرة، حققوا نتائج متسقة مع ساعة ذرية. ستكون الخطوة التالية هي تحسينها.
ونُشر البحث في مجلة نيتشر.