ساعت اتمی لوتتیوم جدیدی که توسط دانشمندان سنگاپوری توسعه یافته، با شکستن رکوردهای دقت پیشین، عنوان دقیق‌ترین زمان‌سنج جهان را از آن خود کرده است.

فناوریساعت‌های اتمیدهه‌هاست که اساس تعریف ثانیه و مبنای بسیاری از سیستم‌های ناوبری و مخابراتی دقیق را تشکیل می‌دهد. اکنون، پژوهشگران مرکز فناوری‌های کوانتومی سنگاپور گام مهمی در این عرصه برداشته‌اند. آن‌ها با بهره‌گیری از عنصر نادر لوتتیوم، نوع جدیدی از این ساعت‌ها را معرفی کرده‌اند که می‌تواند آیندهدقت زمان‌سنجیرا دگرگون سازد. این دستاورد می‌تواند به بازتعریف جهانی واحد زمان کمک شایانی کند.

پیشرفت بی‌سابقه در دقت ساعت‌های اتمی

مورای بارت، فیزیکدان دانشگاه ملی سنگاپور، با قاطعیت اظهار می‌دارد: «مطمئن هستم آنچه اکنون داریم، دقیق‌ترین ساعت در جهان است.» این ساعت‌های اپتیکال اتمی، زمان را با استفاده از الکترون‌ها به عنوان آونگ اندازه‌گیری می‌کنند. الکترون‌ها با دریافت مقدار مشخصی انرژی، بین حالت‌های کوانتومی با فرکانسی قابل اعتماد نوسان می‌کنند. در حالی که دهه‌ها سزیم عنصر اصلی در ساخت این ساعت‌ها بوده است، لوتتیوم ویژگی‌های منحصربه‌فردی ارائه می‌دهد.

ساعت اتمی لوتتیومبا جرم اتمی ۷۱، عنصری سنگین محسوب می‌شود که احتمال نوسان آن را کاهش می‌دهد. این عنصر همچنین به ندرت به تابش حرارتی یا تغییرات میدان‌های مغناطیسی واکنش نشان می‌دهد، که خطاهای ناشی از محیط را به حداقل می‌رساند. علاوه بر این، لوتتیوم با نرخی حدود ۱۰ هزار برابر سریع‌تر از سزیم کار می‌کند که آن را به ماده‌ای بسیار دقیق و قابل اعتماد برای اندازه‌گیری زمان در ظریف‌ترین مقیاس‌ها تبدیل می‌کند. بارت توضیح می‌دهد

خواص عالی این ساعت به این معنی است که حتی در طیف وسیعی از محیط‌ها می‌توان به دقت بالا دست یافت.

• چرا زمان فقط رو به جلو حرکت می‌کند؟
• اولين ساعت مچي اتمي جهان به ميدان مبارزه آمد
• ساعت ماهواره های گالیله به دلیلی ناشناخته از کار افتاده‌ است

دستیابی به رکوردهای جدید دقت

تیم بارت بیش از یک دهه روی خواص زمان‌سنجی لوتتیوم کار کرده و سرانجام به نتایج مورد انتظار دست یافته است. آن‌ها با مقایسه دو ساعت اتمی لوتتیوم تحت معیارهای سختگیرانه، سطح عدم قطعیت را به حدی کاهش دادند که ساعت آن‌ها را در میان برترین‌ها قرار می‌دهد.

پیش از این، محققان آکادمی علوم چین با استفاده از یون‌های کلسیم به عدم قطعیتی معادل۴٫۴ × ۱۰^-۱۹دست یافته بودند. با این حال، مقایسه‌های میان دو ساعت لوتتیوم، عدم قطعیتی تنها۱٫۲ × ۱۰^-۱۹را نشان داد که با اندازه‌گیری‌های بیشتر، قابلیت بهبود نیز دارد. این سطح از دقت بی‌نهایت حساس است؛ به طوری که حتی تفاوت‌های بسیار ناچیز در فاصله از مرکز زمین نیز می‌تواند اختلافاتی بین دو ساعت ایجاد کند. با این حال، همین حساسیت فوق‌العاده است که این ساعت‌ها را ارزشمند می‌سازد. با چنین دقتی است که می‌توانیم آزمایش‌هایی طراحی کنیم که روزی کشمکش بین مفهوم پیوسته گرانش در نسبیت عام و ماهیت دانه‌ای واقعیت در مکانیک کوانتومی را حل کنند.

بارت پیش‌بینی می‌کند: “در آینده، نمی‌دانم چگونه می‌توان این ساعت را شکست داد.” این تحقیق در نشریه Nature منتشر شده است.