يكشف الفيزيائيون النقاب عن الساعة الذرية الأكثر دقة على الإطلاق، ويمكنها إعادة تعريف الثانية حرفيًا

ابتكر العلماء الساعة الذرية الأكثر دقة على الإطلاق، ويمكنها إعادة تعريف الثانية حرفيًا.

كشف الباحثون مؤخرًا عن الجهاز الذي حطم الأرقام القياسية، والذي يستخدم اهتزاز ذرات عنصر يسمى اللوتيتيوم لقياس كل ميكروثانية بدقة. إنها دقيقة حتى 19 منزلة عشرية – تحسن بنسبة 41٪ على صاحب الرقم القياسي السابق. تم نشر النتائج في 23 سبتمبر في المجلة طبيعة.

الساعات الذرية موجودة منذ الخمسينيات. صُنعت الساعات الذرية الأولى باستخدام النظائر المشعة لعنصر السيزيوم، وهو معدن فضي سرعان ما أصبح المعيار الذهبي لقياس الوقت. قام المكتب الدولي للأوزان والمقاييس (BIPM) بمراجعة تعريفه للثاني في عام 1968 إلى تعريف يعتمد على الإشعاع المنبعث من السيزيوم 133. رسميًا، 9.19 مليار ذبذبة لذرة السيزيوم 133 تمثل ثانية واحدة. (قبل ذلك، تم تعريف الثانية على أنها 1/31,556,925 من طول السنة الشمسية 1900).

ساعدت ساعات السيزيوم في توحيد الثانية وتحويلها إلى شيء مفيد بنفس القدر لكل من ضبط الوقت العلمي واليومي. منذ الستينيات، تم استخدام معادن مشعة أخرى، بما في ذلك الإيتربيوم والسترونتيوم، لصنع الساعات الذرية. وهي اليوم تشكل حجر الزاوية لأنظمة مثل نظام تحديد المواقع العالمي (GPS)، والإنترنت، والتكنولوجيا العسكرية.

ولكن حتى الساعات الذرية الحديثة فائقة الدقة لها حدود. على سبيل المثال، فهي تتأثر بتقلبات طفيفة في درجات الحرارة والمجالات المغناطيسية والجاذبية. ووفقا للباحثين، فإن الساعة المطورة حديثا تتجنب هذه القضايا إلى حد كبير.

وقال المؤلف المشارك في الدراسة، إنه لفهم التحدي، تخيل ضبطًا دقيقًا للوقت كماراثونًا فائقًا والنظير الأساسي للساعة كعداء. موراي باريت، فيزيائي في جامعة سنغافورة الوطنية. وقال لـ Live Science في رسالة بالبريد الإلكتروني: “مهمتنا هي التأكد من أن العداء يستطيع قطع المسافة. اللوتيتيوم، كما تبين، هو رياضي ذو قدرة طبيعية على التحمل”.

وعلى عكس الساعات الذرية السابقة، فإن ساعة اللوتيتيوم-176 التي ابتكرها الفريق ليست حساسة جدًا للعوامل الخارجية، وخاصة المجالات المغناطيسية ودرجة الحرارة. في حين أن العناصر الأخرى قد تحتاج إلى معايرة درجات الحرارة البيئية في حدود بضعة أجزاء من الألف من الدرجة، فإن اللوتيتيوم-176 يستمر في الحركة حتى مع تأرجح درجة الحرارة الخارجية بمقدار 5 درجات. طور مختبر باريت أيضًا تقنية تسمى المتوسط ​​فائق الدقة لتقليل التأثيرات البيئية الأكثر أهمية، مثل مجالات الجاذبية، مع ترك اختلاف بسيط جدًا في ضبط الوقت.

وقال الفريق إن مثل هذه الساعة الذرية الحساسة يمكن أن تصبح النظام الدولي للوحدات – المعروف أيضًا باسم النظام المتري – وهو المعيار الذهبي الجديد. ال BIPM هو ومن المتوقع إعادة تعريف الثانية في عام 2030 على أساس تكنولوجيا الساعة الذرية الحديثة. حتى الآن، يبدو أن اللوتيتيوم هو المرشح الأول من حيث الدقة.

يمكن للساعة الذرية الجديدة أيضًا أن تساعد العلماء على فهم شيء أكثر أساسية حول الكون: ما إذا كانت الثوابت التي تشكل أساس الفيزياء، مثل G ، ثابت الجاذبية، ثابتة كما نعتقد. وقال باريت: “هناك بعض التكهنات بأن الثوابت الأساسية قد تتغير بالفعل”. “لذا فإن الساعات فائقة الدقة تمنحنا الأدوات اللازمة لاستكشاف ذلك.”