رکورد شکنی در علم و فناوری؛ محققان آلمانی با گامی بزرگ، به ساخت‌ ساعت‌های اتمی نزدیکتر می‌شوند

دقت این ساعت به گونه‌ای است که در هر ۳۰۰ میلیارد سال تنها یک ثانیه را از دست می‌دهد.

همکاری بین محققان موسسات مختلف در آلمان، ما را یک قدم به ساخت اولین ساعت اتمی نزدیک‌تر کرده است.

در آزمایش‌هایی که در سازمان اروپایی پژوهش‌های هسته‌ای(CERN) انجام شد، محققان واپاشی هسته‌ای ایزومر هسته‌ای توریم-۲۲۹ را اندازه‌گیری کردند که اولین نمونه از دستیابی به این موفقیت و یک جزء حیاتی برای ساخت ساعت‌های اتمی است.

برای سال‌ها، ساعت‌های اتمی معیار دقت ما در مورد ساعت بوده‌اند. بهترین ساعت‌های اتمی نوری دارای نرخ دقت ۱۰-۱۸ هستند که معادل عدم دقت احتساب یک ثانیه در هر ۳۰ میلیارد سال است.

انتظار می‌رود یک ساعت نوری اتمی دستکم ۱۰ برابر دقیق‌تر باشد. در حالی که برای اولین بار بیش از دو دهه پیش ساخت آن پیشنهاد شد، محققان پس از چندین یافته‌ی بزرگ در سال‌های اخیر توانسته‌اند تنها به برخی پیشرفت‌ها دست یابند.

پیش به سوی اولین ساعت اتمی جهان

طبق بیانیه‌ی مطبوعاتی دانشگاه یوهانس گوتنبرگ ماینز(Johannes Gutenberg University Mainz)، کشفی که سر و صدای زیادی در محافل علمی ایجاد کرد، شناسایی مستقیم ایزومر توریم-۲۲۹ بود. ایزومر اتمی است که هسته‌ی آن در حالت انرژی بالاتر قرار دارد و آن را می‌توان با استفاده از نور با فرکانسی خاص به دست آورد.

در ساعت‌های اتمی، محققان از فرکانس نور استفاده شده برای برانگیختن انتقال در اتم به عنوان معیار زمان استفاده می‌کنند. اما در ساعت‌های اتمی، از فرکانس نوری که برای برانگیختن هسته اتم استفاده می‌شود، به عنوان معیار زمان بهره می‌برند. از آنجایی که هسته‌ی اتم ساختار فشرده‌تری دارد و دارای گشتاورهای الکترومغناطیسی کوچکی است، کمتر مستعد تداخل خارجی است.

هنگامی که ایزومر به حالت پایه‌ی خود باز می‌گردد، یک فوتون ساطع می‌کند، دانشمندان این فرآیند را واپاشی هسته‌ای می‌نامند که برای اندازه‌گیری بسیار مهم است. با این حال، محققان پیش از این موفق به اندازه‌گیری دقیق این واپاشی نشده بودند. این مانع اخیرا با تلاش مشترک محققان سازمان‌های تحقیقاتی مختلف آلمان برطرف شد.

آزمایش‌ها در تاسیسات ISOLDE در سرن انجام شد. در آنجا اتم‌های اکتینیم-۲۲۹ در بلورهای فلوراید کلسیم یا فلوراید منیزیم کاشته شدند و به توریم-۲۲۹ تبدیل شدند. تیم تحقیقاتی فوتون‌هایی با طول موج فرابنفش ۱۴۸ نانومتر و انرژی انتقالی ۸.۳۳۸ الکترون ولت را اندازه‌گیری کرد.

محققان ادعا می‌کنند که این دقیق‌ترین اندازه‌گیری انرژی ایزومر است و دقت آن در مقایسه با نتایج قبلی هفت برابر شده است. قبل از ساخت یک ساعت اتمی باید کارهای بیشتری انجام شود، اما تحقیقات نشان می‌دهد که توریم-۲۲۹ بهترین گزینه برای ساختن آن است.

این یافته‌ها در مجله‌ی «نیچر» منتشر شد.