تکنولوژی

ایالات متحده دقیق‌ترین ساعت اتمی جهان را برای تقویت علم فضای می‌سازد

محققان JILA، یک مؤسسه تحقیقاتی در ایالات متحده، یک ساعت اتمی نوری جدید توسعه داده‌اند که به قدری دقیق است که می‌تواند کوچکترین اثرات پیش‌بینی‌شده توسط نظریه نسبیت عام انیشتین را اندازه‌گیری کند. این ساعت به تعریف دقیق‌تر یک ثانیه منجر خواهد شد و حتی ممکن است به کشف منابع معدنی زیرزمینی جدید کمک کند. همچنین، این ساعت به اندازه‌ای حساس است که بتواند اثر جاذبه بر زمان‌سنجی را در مقیاس زیرمیلی‌متری تشخیص دهد. علاوه بر این، دقت بالای این ساعت می‌تواند به دانشمندان کمک کند که زمان را در فواصل بسیار بزرگی در فضا به دقت نگه دارند.

محققان JILA، یک مؤسسه تحقیقاتی ایالات متحده، یک ساعت اتمی نوری جدید توسعه داده‌اند که به قدری دقیق است که می‌تواند کوچکترین اثرات پیش‌بینی‌شده توسط نظریه نسبیت عام انیشتین را اندازه‌گیری کند. بر اساس یک بیانیه مطبوعاتی سازمانی، این ساعت به تعریف دقیق‌تر یک ثانیه منجر خواهد شد و حتی ممکن است به کشف منابع معدنی زیرزمینی جدید کمک کند.

ساعت‌های اتمی عموماً از امواج میکروویو برای تعیین طول مدت یک ثانیه استفاده می‌کنند. با این حال، تحقیقات نشان داده‌اند که تابش اتم‌ها با نور مرئی می‌تواند به شمارش دقیق‌تر یک ثانیه کمک کند زیرا امواج نوری فرکانس بالاتری دارند.

ساعت‌های اتمی نوری ممکن است در مدت ۳۰ میلیارد سال یک ثانیه را از دست بدهند در مقایسه با ساعت‌های مبتنی بر میکروویو. اما، برای رسیدن به این دقت، این ساعت‌ها باید دارای دقت بالایی باشند، یعنی قادر به اندازه‌گیری کسری‌های کوچکی از ثانیه باشند.

کامپیوتر کوانتومی
تصویر نمایشی از یک کامپیوتر کوانتومی که در آن از دستکاری‌های اتمی برای انجام محاسبات پیچیده استفاده می‌شود. منبع تصویر: پیتر هانسن/ iStock

بهبود دقت ساعت اتمی

به جای استفاده از یک پرتو نور مرئی، محققان JILA از یک شبکه نوری، که به نام شبکه نوری نیز شناخته می‌شود، برای اندازه‌گیری همزمان ده‌ها هزار اتم استفاده کردند. این ساعت اتمی را با داده‌های بیشتری برای دستیابی به اندازه‌گیری دقیق‌تر یک ثانیه مجهز کرد.

اگرچه روش شبکه نوری قبلاً استفاده‌شده، محققان JILA از رویکرد نسبتاً ملایم‌تری برای انجام اندازه‌گیری‌های خود استفاده کردند. این به کاهش دو منبع خطا کمک کرد: لیزر خود که اتم‌ها را اندازه‌گیری می‌کند و اثر برخورد اتم‌ها با هم هنگام تنگ بسته‌شدن، بر اساس بیانیه مطبوعاتی.

اندازه‌گیری اثرات نسبیت و بیشتر

بر اساس نظریه نسبیت عام انیشتین، جاذبه بر زمان تأثیر می‌گذارد. یک میدان جاذبه قوی‌تر منجر به گذر آهسته‌تر زمان می‌شود. ساعتی که JILA توسعه داده، به اندازه‌ای حساس است که بتواند اثر جاذبه بر زمان‌سنجی را در مقیاس زیرمیلی‌متری تشخیص دهد.

محققان تغییرات ظریف در جریان زمان به دلیل جاذبه را مشاهده کردند، وقتی که ساعت حتی در فواصل کوچک بالا یا پایین برده شد.

جین یه، یک فیزیکدان در JILA و NIST گفت: «این ساعت مرزهای آنچه با زمان‌سنجی ممکن است را گسترش می‌دهد.» اما مزایای طراحی ساعت به این اندازه‌گیری‌ها محدود نمی‌شود و به حوزه کوانتوم نیز گسترش می‌یابد.

کامپیوترهای کوانتومی خواص اتم‌ها و مولکول‌ها را برای انجام محاسبات پیچیده دستکاری می‌کنند. از آنجا که ساعت JILA می‌تواند اندازه‌گیری‌های دقیقی انجام دهد، محققان برنامه دارند از آن در حوزه میکروسکوپی، جایی که نظریه نسبیت عام و مکانیک کوانتومی تلاقی دارند، برای اندازه‌گیری تحریفی در جریان زمان در مقیاس‌هایی که با جاذبه تحریف شده‌اند، استفاده کنند.

در عین حال، دقت ساعت می‌تواند به دانشمندان کمک کند زمان را در فواصل بسیار بزرگی در فضا به دقت نگه دارند. جین یه در بیانیه مطبوعاتی اضافه کرد: «اگر بخواهیم یک فضاپیما را با دقت به مریخ برسانیم، به ساعت‌هایی با مرتبه بزرگی بیشتر از آنچه امروز در GPS داریم، نیاز داریم.»

یه نتیجه‌گیری کرد: «ما در حال کاوش مرزهای علم اندازه‌گیری هستیم، وقتی می‌توانیم چیزها را با این سطح دقت اندازه بگیریم، شروع به دیدن پدیده‌هایی می‌کنیم که تاکنون فقط توانسته‌ایم درباره آنها نظریه‌پردازی کنیم.»

JILA یک مؤسسه مشترک بین موسسه ملی استانداردها و فناوری (NIST) و دانشگاه کلرادو بولدر است.

یافته‌های تحقیق در مجله Physical Review Letters منتشر خواهد شد.

توسط
Interesting Engineering
منبع
Interesting Engineering
نمایش بیشتر

اخبار مرتبط

بازگشت به بالا