تم تحقيق إنجاز كبير بعد عقود من العمل قبل بضعة أشهر، وبدأ العلماء بالفعل في إدراك إمكانياته: تم استخدام قياس الفجوة بين حالات الطاقة الكمومية لنواة الثوريوم لإنشاء أول ساعة نووية بدائية.
من خلال ربط ساعة ذرية من السترونتيوم بكريستال يحتوي على نوى الثوريوم، نجح فريق من الفيزيائيين في إثبات التكنولوجيا الأساسية التي ستقودنا إلى أول ساعة نووية مكتملة ومطورة.
هذا الإنجاز – الذي لم يتم الوصول إليه بعد – سيفتح مجالًا جديدًا تمامًا لقياس الوقت بدقة فائقة.
“مع هذا النموذج الأولي الأول، أثبتنا أن: يمكن استخدام الثوريوم كساعة لقياسات فائقة الدقة”، يشرح الفيزيائي ثورستن شتروما من جامعة فيينا للتكنولوجيا.
“كل ما تبقى هو العمل على التطوير الفني، ولا نتوقع وجود عقبات كبيرة أخرى.”
تعتبر الساعة الذرية واحدة تعتمد على “دقات” الذرات الدقيقة جدًا عندما تنتقل بين حالات الطاقة عند تحفيزها بواسطة الليزر، كما تحددها حالات الإلكترونات التي تدور حول النواة في قلب الذرة.
لكن تحقيق ذلك مع النواة نفسها أكثر صعوبة بكثير، حيث يتطلب الأمر طاقة أكبر بكثير لتغيير حالة طاقتها مقارنة بتغيير حالة طاقة الإلكترونات.
تعتبر الساعة النووية مرغوبة للغاية لأنها ستكون أكثر استقرارًا ودقة من الساعة الذرية. وبالتالي، ستمكن الساعة النووية من إجراء قياسات أكثر دقة للكون الفيزيائي – مما له آثار تتعلق بكل شيء بدءًا من الملاحة إلى البحث عن المادة المظلمة.
تم الإعلان عن قياس قفزة الطاقة – الفرق بين حالات الطاقة – لنواة الثوريوم في وقت سابق من هذا العام. وقد سمح ذلك لشتروم وزملائه بتحديد الطاقة الدقيقة المطلوبة لإحداث التغيير في حالات الطاقة، وهو الآلية التي ستعمل عليها الساعة النووية.
كانت الخطوة التالية هي إثبات أنهم يستطيعون إنشاء ساعة بناءً على هذه الدقات، وهذا ما فعله شتروم وزملاؤه الآن.
الساعة التي تم عرضها ليست تجربة كاملة للساعة النووية ولكنها خطوات أولى نحو ذلك. يتم تشغيل ساعة السترونتيوم في JILA بمعهد المعايير والتكنولوجيا الوطني باستخدام الضوء تحت الأحمر.
Create a small calcium fluoride crystal containing thorium nuclei, the energy states of which are switched using vacuum ultraviolet light.
To couple the crystal to the atomic clock, the researchers needed to find a way to convert the infrared light to ultraviolet. They did this by creating a frequency comb of infrared wavelengths, and running it through xenon gas, which interacts with the infrared light to emit ultraviolet wavelengths.
The result was a combined frequency comb that could excite the transition of the thorium nuclei and synchronize it with the ticking of the strontium atoms.
The resulting nuclear ticking isn’t any more precise than the strontium atomic clock, but now that the core concept has been demonstrated, actual technology is in sight – and very close to full realization, say researchers.
Imagine a wristwatch that wouldn’t lose a second even if you left it running for billions of years. While we’re not quite there yet, this research brings us closer to that level of precision,” says physicist Jun Ye from JILA.
The team ran their experiment many times; each time they achieved results consistent with an atomic clock. The next step will be refining it.
“When we excited transition for first time we were able determine frequency within few gigahertz That was already more than factor thousand better anything known before Now however have precision kilohertz range again million times better,” Schumm says
That way expect overtake best atomic clocks 2–3 years
Research has been published in Nature.
