تیمی از پژوهشگران موسسه ملی استانداردها و فناوری ایالات متحده (NIST) موفق شده‌اند رکورد جهانی جدیدی را در ساخت دقیق‌ترین ساعت جهان به ثبت برسانند. این موفقیت حاصل دو دهه تلاش مداوم در مرز فناوری و فیزیک کوانتومی است و نشان‌دهنده پرش بزرگ در حوزه زمان‌سنجی دقیق به شمار می‌رود.

زمینه علمی و اهمیت ساعت‌های اتمی

ساعت‌های اتمی، پایه اصلی برای تعریف استاندارد ثانیه و سنجش دقیق زمان در جهان امروز هستند. این نوع ساعت‌ها با سنجش نوسانات اتم‌ها به ویژه یون‌ها در شرایط کنترل‌شده، دقتی خیره‌کننده‌ای کسب کرده‌اند. دانشمندان NIST برای دستیابی به این سطح از دقت، با استفاده از یون آلومینیوم به دام انداخته شده و خنک‌شده تا نزدیک صفر مطلق، توانسته‌اند ثانیه را با دقت 19 رقم اعشار محاسبه کنند.

افزایش چشمگیر دقت و پایداری

نتایج این پژوهش نشان می‌دهد که ساعت جدید ۴۱ درصد دقیق‌تر از رکورددار قبلی است و پایداری آن نیز ۲.۶ برابر بالاتر از نمونه‌های مشابه محسوب می‌شود. پایداری، به معنای حفظ ثبات و جلوگیری از تغییرات ناخواسته در دوره‌های زمانی طولانی، اهمیت بالایی در کارکرد ساعت‌های مرجع دارد.

نوآوری‌های فنی در ساخت ساعت

برای دستیابی به این سطح از دقت، پژوهشگران اصلاحات مهمی در ساختار ساعت انجام داده‌اند؛ از جمله ضخیم‌تر کردن لایه الماسی محفظه و افزایش پوشش طلا بر الکترودهای داخلی برای تقویت میدان‌های الکتریکی مورد نیاز برای حرکات کوانتومی یون‌ها. عنصر کلیدی دیگر، قرینگی یون آلومینیوم با یک یون منیزیوم باردار بود که توانایی کنترل دقیق‌تر یون اصلی را با استفاده از نور لیزر افزایش داد و همزمان دقت و پایداری سیستم را به اوج رساند.

استفاده از لیزر دقیق و همکاری آزمایشگاهی

لیزر مورد استفاده برای تحریک یون‌ها، از آزمایشگاهی در فاصله ۳.۶ کیلومتری و با شهرتی خاص در ثبات و دقت تامین شد. این هم‌افزایی میان دو مرکز علمی، نقش مهمی در کاهش مدت زمان لازم برای جمع‌آوری داده‌ها داشت؛ به گونه‌ای که بازه زمانی سنجش دقیق یک ثانیه از سه هفته به تنها یک و نیم روز کاهش یافت.

کاربردها و افق‌های آینده در فناوری زمان‌سنجی

ساعت‌های فوق‌دقیق اتمی فراتر از کارکرد ساعت‌های معمولی‌اند و به عنوان مرجع جهانی برای کالیبره‌ کردن سایر زمان‌سنج‌ها، انجام آزمایش‌های فیزیکی، و کاوش در اسرار کیهان مورد استفاده قرار می‌گیرند. تعریف دقیق ثانیه برای آزمودن نظریه نسبیت انیشتین تا جستجوی ماده تاریک، اهمیت حیاتی دارد.

بر اساس گفته فیزیکدانان NIST، با پیشرفت‌های بیشتر در کنترل یون و افزایش پایداری، امکان دستیابی به دقت‌های بالاتر در این فناوری وجود دارد. ویلا آرتور-دوروشاک، از اعضای این پروژه می‌گوید: «با این پلتفرم، آمادگی آن را داریم که معماری‌های نوین ساعت را مانند افزایش تعداد یون‌ها و حتی درهم‌تنیدن آن‌ها بررسی کنیم؛ که این بهبودها توانایی ما در اندازه‌گیری دقیق‌تر زمان را بیش از پیش تقویت خواهد کرد.»

نتیجه‌گیری

دستاورد کم‌نظیر دانشمندان NIST نه‌تنها معیاری جدید در علم زمان‌سنجی ارائه می‌کند، بلکه مسیر تحقق کشفیات بنیادی در فیزیک و فناوری‌های مربوط به فضا، ارتباطات و ناوبری را فراهم می‌سازد. با ارتقای بیشتر ساعت‌های اتمی، انتظار می‌رود دانش بشری از جهان اطراف و قوانین بنیادی طبیعت، با دقتی بی‌سابقه گسترش یابد.