ساعة لوتيشيوم أحادية الأيون تسجل رقماً قياسياً جديداً في الدقة

قياس الوقت عند الرقم العشري التاسع عشر

بنى فريق في مركز تقنيات الكم بجامعة سنغافورة الوطنية ما يقول إنها أدق ساعة ذرية حتى الآن. ويستخدم الجهاز أيون لوتيشيوم واحد ويقيس اهتزاز الذرة إلى 19 منزلة عشرية. وأفاد الباحثون بعدم يقين يبلغ نحو 1 × 10⁻¹⁹، وهو الأدنى المسجل لساعة ذرية بصرية. ونُشر العمل في مجلة Nature في 23 سبتمبر.

تعمل الساعات البصرية عبر عدّ الضوء الذي تمتصه الذرة عند تغيّر حالة الطاقة. وكلما كان هذا التردد أكثر ثباتاً، كانت الساعة أفضل. وانتقال اللوتيشيوم غير حساس بشكل غير معتاد لدرجات الحرارة والمجالات المغناطيسية، وهو ما يساعد.

ساعتان، إجابة واحدة

لاختبار التصميم، بنى الفريق ساعتين وتركهما تعملان جنباً إلى جنب لمدة 200 ساعة. وتوافقت الساعتان في حدود 5.7 × 10⁻¹⁹. ووفقاً للباحثين، هذه أدق مقارنة بين ساعتين تم الإبلاغ عنها على الإطلاق.

كما ابتكر الفريق تقنية يسميها المتوسط فائق الدقة لتعريف انتقال الساعة، وقاس ارتفاع الأيونات بدقة أقل من ملليمتر. والفروق الصغيرة في الارتفاع مهمة لأن الجاذبية تغيّر وتيرة الزمن.

لماذا يهم ذلك

قد تساعد ساعة أكثر دقة الفيزيائيين في اختبار ما إذا كانت ثوابت الطبيعة تتغير بمرور الوقت، وقد تدعم طرقاً جديدة لتعريف الثانية. ويعتمد التعريف الحالي على السيزيوم، الذي يدق بترددات الميكروويف. وتعمل الساعات البصرية أسرع بمئات الآلاف من المرات، مما يجعل بنائها أصعب لكنها أكثر دقة بكثير.

وتقول النتيجة إنها تحسّن بنسبة 41 في المئة عن حامل الرقم القياسي السابق. ويحذر آخرون في المجال من أن ادعاءات الأرقام القياسية تعتمد على كيفية قياس عدم اليقين، وأن نقل مثل هذه التصاميم خارج المختبر يستغرق سنوات. ومع ذلك، فإن المقارنة بين ساعتين مستقلتين تعطي القياس وزناً غير معتاد. ويخطط الباحثون الآن لمزيد من التشغيلات لتقليل عدم اليقين.