رونمایی از اولین ساعت هسته‌ای جهان با استفاده از توریم برای زمان‌سنجی فوق‌العاده دقیق
اولین ساعت هسته‌ای جهان می‌تواند بزودی به کار افتد پس از آنکه محققان در JILA، مؤسسه‌ای مشترک از مؤسسه ملی استاندارد و تکنولوژی (NIST) و دانشگاه کلرادو بولدر، با موفقیت عملکرد تمامی اجزای مورد نیاز برای ساخت آن را نشان دادند.
برخلاف ساعت اتمی که از ارتعاشات یک اتم برای اندازه‌گیری زمان استفاده می‌کند، ساعت هسته‌ای از سیگنال‌های هسته یک اتم برای زمان‌سنجی استفاده می‌کند.
ساعت‌های اتمی دقیق‌ترین روش موجود برای اندازه‌گیری زمان هستند. آنها ناحیه‌های زمانی بین‌المللی را هماهنگ می‌کنند و اینترنت و تراکنش‌های مالی را هممدمیش کنند.
ممکن است تصور شود که دقت یک ساعت اتمی در زندگی روزمره نقشی ندارد، اما حتی خدماتی مانند سیستم‌های موقعیت‌یابی جهانی (GPS)، ارتباطات دیجیتال و سرعت اینترنت نیز به آن وابسته‌اند.
همگام با توسعه ساعت‌های اتمی جدید و بهبود ساعت‌های قدیمی، محققان JILA مشتاق به ساخت ساعت هسته‌ای هستند. این ساعت می‌تواند دقت بسیار بالاتری با اندازه‌گیری زمان با استفاده از جهش‌های انرژی از هسته اتم داشته باشد.
جون یه، یک فیزیکدان در JILA، به Interesting Engineering در ایمیلی گفت: «سطح انرژی ساعت هسته‌ای به طور نزدیک با نیروهای قوی درون هسته در ارتباط است در حالی که ساعت‌های اتمی بیشتر به نیروهای الکترومغناطیسی وابسته‌اند. بنابراین، مقایسه ساعت هسته‌ای و اتمی می‌تواند آزمون‌های حساس برای فیزیک بنیادی فراهم کند.»
کار با توریم
ساعت‌های هسته‌ای دقیق‌تر از همتایان اتمی خود هستند زیرا هسته کمتر تحت تأثیر اختلالات خارجی مانند میدان‌های مغناطیسی سرگردان قرار می‌گیرد. با این حال، ساخت ساعت هسته‌ای آسان نیست زیرا جهش‌های انرژی لازم برای تیک‌تاک این ساعت‌ها تنها توسط اشعه‌های ایکس منسجم پرانرژی ایجاد می‌شوند و فناوری لیزر کنونی نمی‌تواند آنها را تولید کند.
بنابراین، محققان توجه خود را به توریم-۲۲۹ معطوف کردند زیرا هسته آن به جهش انرژی کمتری نسبت به هر اتم شناخته شده دیگری نیاز دارد و نیازمند نور فرابنفش است که انرژی کمتری نسبت به اشعه‌های ایکس دارد.
اگرچه این پدیده از سال ۱۹۷۶ شناخته شده بود، اما فقط در آوریل امسال بود که دانشمندان موفق شدند از لیزرهای فرابنفش برای ایجاد جهش درون هسته توریم بهره‌برداری کنند.
دانشمندان JILA ساعت‌های اتمی قبلی خود را با هسته‌های توریم ترکیب کرده و سایر اجزای مورد نیاز برای ساخت ساعت هسته‌ای را نیز طراحی کرده‌اند.
ساخت ساعت هسته‌ای
محققان هنوز ساعت هسته‌ای را مونتاژ نکرده‌اند، اما تمامی اجزای لازم برای ساخت یکی را در صورت نیاز دارند. تیم روی اندازه‌گیری دقیق‌تر فرکانس جهش تمرکز کرده‌اند.
جون یه در ایمیلی افزود: «ما توانستیم دقت این اندازه‌گیری را یک میلیون برابر بهبود بخشیم نسبت به اندازه‌گیری‌های قبلی. این به ما امکان می‌دهد ساب‌سطح‌های انرژی کوانتومی این گذار هسته‌ای را برای اولین بار حل کنیم.»
وقتی پرسیده شد که ساعت چه زمانی آماده خواهد شد، یه گفت: «ما در حال کار بر روی بهبود وضوح طیف‌سنجی و ارزیابی جابجایی‌های سیستماتیک گذار هستیم تا بتوانیم دقت ساعت را هنگامی که به عنوان ساعت عمل می‌کند افزایش دهیم.»
یه در ادامه افزود: «به طور اساسی، ما تمامی قطعات لازم برای یک ساعت هسته‌ای را در آزمایشگاه نشان داده‌ایم. ما هنوز از آنها برای اجرای ساعت واقعی استفاده نکرده‌ایم، اما هیچ دشواری فنی برای ساخت یکی در هر روز وجود ندارد.»
یکی از مزیت‌های اضافی استفاده از ساعت هسته‌ای به جای ساعت اتمی سادگی بیشتر عملکرد آن است.
یه در ایمیلش افزود: «ما می‌توانیم گذار هسته‌ای را در یک سیستم حالت جامد بررسی کنیم که به ما اجازه می‌دهد ساعت بسیار ساده‌تری نسبت به ساعت‌های اتمی امروزی بسازیم بدون نیاز به فناوری‌هایی مانند خلا فوق‌العاده بالا، خنک‌سازی لیزری و گیراندازی و غیره.»
یه در پایان افزود: «چنین ساعت ساده‌ای می‌تواند برای زمان‌سنجی دقیق خارج از آزمایشگاه‌های تحقیقاتی مفید باشد.
