الكشف عن أول ساعة نووية في العالم!

نجح باحثو معهد JILA المشترك بين المعهد الوطني الأمريكي للمعايير والتكنولوجيا (NIST) وجامعة كولورادو بولدر، في إثبات عمل جميع المكونات اللازمة لإنتاج أول ساعة نووية في العالم.

وعلى عكس الساعة الذرية، التي تستخدم الاهتزازات من الذرة لقياس الوقت، تستخدم الساعة النووية إشارات من نواة الذرة لضبط الوقت.

وتعد الساعات الذرية الطريقة الأكثر دقة المتاحة لقياس الوقت، حيث تنسق المناطق الزمنية الدولية وتزامن الإنترنت والمعاملات المالية. وقد يفترض البعض أن دقة الساعة الذرية قد لا يكون لها دور في الحياة اليومية، ولكن خدمات عديدة، مثل أنظمة تحديد المواقع العالمية (GPS) والاتصالات الرقمية وسرعات الإنترنت، تعتمد عليها.

وعلى الرغم من العمل المستمر على تطوير الساعات الذرية، فإن الباحثين في JILA حريصون على تصميم ساعة نووية، حيث يمكنها تقديم دقة أعلى بكثير من خلال قياس الوقت باستخدام قفزات الطاقة من نواة الذرة.

وفي رسالة بالبريد الإلكتروني لـ Interesting Engineering، قال تشوانكون تشانغ، عالم الفيزياء في معهد JILA: “إن مستوى طاقة الساعة النووية مرتبط ارتباطا وثيقا بالقوى القوية في النواة، بينما تعتمد الساعات الذرية بشكل أساسي على القوى الكهرومغناطيسية. وبالتالي، فإن مقارنة الساعة النووية بالساعة الذرية يمكن أن توفر اختبارات حساسة للفيزياء الأساسية”.

وأوضح فريق البحث أن الساعات النووية أكثر دقة من نظيراتها الذرية، لأن النواة تتأثر بشكل أقل بالاضطرابات الخارجية مثل المجالات المغناطيسية الضالة. ومع ذلك، فإن صنع ساعة نووية ليس بالأمر السهل، لأن قفزات الطاقة اللازمة لعمل الساعة النووية لا يمكن إنشاؤها إلا بواسطة الأشعة السينية المتماسكة عالية الطاقة، ولا تستطيع تقنية الليزر الحالية إنتاجها.

وبهذا الصدد، ركز الباحثون على “الثوريوم 229” لأن نواته تحتاج إلى قفزة طاقة أصغر من أي ذرة أخرى معروفة، وتتطلب ضوءا فوق بنفسجيا، والذي يحتوي على طاقة أقل من الأشعة السينية.

وفي أبريل من هذا العام، نجح الباحثون في استخدام الليزر فوق البنفسجي الذي يمكنه تحقيق قفزة طاقة داخل نواة الثوريوم.

وربط باحثو JILA تصميمات ساعاتهم الذرية السابقة بنوى الثوريوم، وصمموا مكونات أخرى مطلوبة لصنع ساعة نووية.

ولم يقم الباحثون بتجميع الساعة النووية بعد، ولكن جميع المكونات اللازمة لصنع واحدة أصبحت لديهم إذا لزم الأمر. وركز الفريق على قياس وتيرة قفزة الطاقة بدقة أكبر.

وأوضح تشانغ في البريد الإلكتروني: “لقد تمكنا من تحسين دقة هذا القياس بمليون مرة مقارنة بالقياسات السابقة. وهذا يسمح لنا بحل مستويات الطاقة الكمومية الفرعية لهذا الانتقال النووي لأول مرة”.

وكشف الباحثون أن الميزة الإضافية التي سيقدمها استخدام ساعة نووية بدلا من الذرية، تتمثل في بساطة عملها.