لقد دخل ضبط الوقت رسميًا عصره النووي. قام فريقان مستقلان، أحدهما في فيينا بالنمسا والآخر في بكين بالصين، ببناء العمل النماذج الأولية للساعة النووية الثوريوم-229. بدلاً من تتبع التغيرات في إلكترونات الذرة بالطريقة التي تعمل بها الساعات الذرية الحالية، تستخدم هذه الإصدارات النووية ليزرًا مضبوطًا على التردد حيث تتقلب نواة الثوريوم بين حالتي طاقة من أجل حفظ الوقت بشكل أكثر دقة. يعتقد العلماء أن هذا النهج الجديد يمكن أن يجعل الساعات ذات يوم أكثر موثوقية بكثير من أي جهاز توقيت ذري موجود.
ولوضع ذلك في الاعتبار، يمكن للساعات الذرية الحالية أن تحافظ على الوقت مع عدم يقين قدره ثانية واحدة كل 300 مليون سنة. ويتوقع العلماء أن الساعات النووية الأكثر تقدمًا يمكن أن تنقل هذا المقياس إلى العالم المليارات من السنوات. وهذا يمكن أن يفتح الباب أمام استكشاف بعض الظواهر التي يصعب قياسها في الكون. مثل المادة المظلمة بعيدة المنال. ال الساعة الصينية و الساعة النمساوية تم تفصيلها في دراستين نشرتا هذا الأسبوع في المجلة طبيعة.
“الميزة الكبرى للساعة النووية الجديدة في فيينا هي أنه إذا استخدمت النوى الذرية بدلاً من الذرات، فمن الممكن الحصول على دقة أعلى بكثير من حيث المبدأ”. ثورستن شوم، مؤلف مشارك في الدراسة وأستاذ في جامعة فيينا للتكنولوجيا، قال في بيان.
كيف تعمل الساعات النووية
إن شبكة الساعات الذرية في العالم دقيقة بالفعل بشكل مذهل. كما أنها تدعم عددًا كبيرًا من الضروريات الحديثة، بدءًا من نظام تحديد المواقع (GPS) وحتى الاتصال عبر الإنترنت. تعمل الساعات الذرية عن طريق ضبط الليزر على التردد الدقيق للضوء الذي يجعل إلكترون الذرة يقفز بين مستويين.
الساعات النووية، كما يوحي اسمها، تذهب إلى ما هو أعمق من ذلك. إنهم يستهدفون القفزات داخل نواة الذرة. يركز الليزر على الاهتزازات الصادرة عن نواة واحدة بدلاً من الذرة بأكملها. بالنسبة لأولئك الذين لم يعيروا كل هذا القدر من الاهتمام في دروس الكيمياء، فإن النواة أصغر بعشرات الآلاف من المرات من الذرة المحيطة بها.
يتطلب الحفاظ على الوقت في الساعة النووية إبقاء الليزر مضبوطًا على النواة أثناء التبديل بين الحالات. هذه العملية في بعض الأحيان بالعامية يشار إليها باسم “سحق” النواة. يتطلب سحق النوى الذرية عادة كمية هائلة من الطاقة. ومع ذلك، فإن نظير الثوريوم 229، يعد استثناءً نادرًا، ولهذا السبب قام كلا الفريقين في جامعة فيينا للتكنولوجيا وجامعة تسينغهوا في بكين ببناء ساعاتهم حوله.
وأضاف شوم: “الفكرة الأساسية بسيطة: لديك الليزر ولديك الثوريوم”. “يغير الليزر حالة الطاقة لنواة الثوريوم، وتستخدم نوى الثوريوم لتثبيت تردد الليزر.”
النووية لا تزال تلحق بالذرية
استغرق تصنيع هاتين الساعتين النموذجيتين سنوات عديدة. تمت زراعة بلورة الثوريوم المستخدمة لكليهما بشكل منفصل، ولكن في نفس الوقت تقريبًا. حتى الآن، الاختبار يقال يُظهر أن النسخة الموجودة في الصين مستقرة بحوالي ستة أضعاف الساعة الموجودة في فيينا. وفي الوقت نفسه، يُقال إن نموذج فيينا الأولي هو أول ساعة نووية تعمل على استقرار نفسها بنفس الطريقة التي تعمل بها الساعات الذرية. شوم مؤخرا قال ل جنوب الصين مورنينج بوست وقد أدى هذا التطور الموازي إلى “منافسة عالمية شرسة ولكن ودية”.
قد تتفوق الساعات النووية في نهاية المطاف على أسلافها الذرية، لكنها لم تصل إلى هذا الحد بعد. ويقدر الباحثون أن النموذج الأولي الجديد قد ينجرف بنحو ثانية واحدة كل 30 مليون سنة. وهذا أسوأ بعشر مرات تقريبًا من ساعات السيزيوم التي تحدد حاليًا الثانية الرسمية.
ومع ذلك، يتوقع الباحثون أن الليزرات الأقوى والأكثر كفاءة وبلورات الثوريوم الأفضل ستجعل كل جيل جديد من الساعات النووية أكثر دقة من أي وقت مضى، حتى تتجاوز في النهاية الساعات الذرية تمامًا. من الذي تمكن من الحصول على بقاياه الأولى لم يتم تحديده بعد.
