دانشمندان آزمایشگاه اندازه‌شناسی کوانتومی RIKEN که یک مؤسسه تحقیقاتی علمی ملی در ژاپن است، ساعت‌های هسته‌ای نسل جدیدی را با استفاده از لیزر ابداع کرده‌اند، که دقت بسیار بالاتری نسبت به ساعت‌های اتمی کنونی دارند.
به گزارش تکناک، این ساعت‌ها با استفاده از انتقال انرژی در هسته‌های اتم‌ها، قادر به اندازه‌گیری زمان با دقت بی‌سابقه‌ای هستند. این فناوری می‌تواند انقلابی در زمینه‌های مختلف از جمله ناوبری و سنجش زمان ایجاد کند.
این ساعت‌های هسته‌ای با اندازه‌گیری طول عمر هسته‌های توریم 229- ابداع شدند، چرا که هسته آن برخلاف الکترون‌های ساعت‌های اتمی نوری نسبت به عوامل خارجی دارای حساسیت کمتری است.
در توسعه این ساعت‌های هسته‌ای، یون‌های توریم 229-، به ویژه آنهایی که سه بار شارژ می‌شوند (229Th3+)، با موفقیت به دام افتادند و طول عمر فروپاشی آنها با استفاده از لیزر به دقت اندازه‌گیری شد.
فهرست مطالب
ساعت‌های هسته‌ای 10 برابر دقیق‌تر
ساعت‌های اتمی نوری درجه یک، به دو برابر سن کنونی کیهان نیاز دارند تا فقط یک ثانیه از دقت خارج شوند، اما ساعت‌های هسته‌ای چنین نیستند. ساعت‌های هسته‌ای به احتمال زیاد 10 برابر دقیق‌تر از ساعت‌های اتمی نوری هستند.
به گزارش فیزیک‌دانان مؤسسه RIKEN، این دقت به دلیل هسته در ساعت‌های هسته‌ای است که نسبت به الکترون‌ها حساسیت کمتری به میدان‌های الکترومغناطیسی خارجی و نوسانات دما دارد.
این دقت افزایش یافته، می‌تواند به کشف پدیده‌های فیزیکی جدید مانند ماده تاریک کمک کند.
کارشناسان برای ابداع این ساعت‌های هسته‌ای از تکنیکی استفاده کردند که شامل لیزر برای ابداع و به دام انداختن یون‌های سه بار شارژ شده توریم 229- (229Th3+) بود و بعد طول عمر فروپاشی آنها اندازه‌گیری شد.
یک رویکرد امیدوارکننده برای تحقق یک ساعت هسته‌ای، به دام انداختن یون‌های توریم 229- است که سه الکترون (229Th3+) را از دست می‌دهند. این یون‌های توریم این مزیت را دارند که می‌توانند توسط لیزر خنک شوند.
دانشمندان اعلام کردند که به لطف فلورسانسی که هنگام روشن شدن توسط نور لیزر از خود خارج می‌کنند، می‌توان آنها را به راحتی تشخیص داد.
هسته توریم 229- بسیار ارزشمند است، چرا که به دلیل انرژی بسیار کم برانگیختگی، می‌توان آن را با لیزر فرابنفش خلاء برانگیخت. با اندازه‌گیری طول عمر این یون‌ها، محققان اطمینان حاصل می‌کنند که می‌توان از آنها به طور مؤثر در ساعت‌های هسته‌ای استفاده کرد.
کاوشگر ساعت‌های هسته‌ای با لیزر
با وجود این، دانشمندان می‌گویند که مهم است به پارامترهای خاصی توجه داشته باشیم، مانند طول عمر فروپاشی ساعت‌های هسته‌ای که باید به دقت اندازه‌گیری شود.
برای مقابله با این مشکل، محققان از یون‌های ایزومر توریم 229- تولید شده از اورانیوم استفاده کردند. سپس با لیزر آن را مورد بررسی قرار دادند.
آتسوشی یاماگوچی از آزمایشگاه اندازه‌گیری کوانتومی RIKEN گفت: «از اینکه سیستم را از طریق به دام انداختن یون‌ها به ثمر رسانده، خوشحال است.»
وی تصریح کرد: «ما نشان دادیم که می‌توانیم یون‌های توریم 229- تولید شده از اورانیوم را در این دستگاه به دام بیاندازیم. این کار در گذشته هرگز انجام نشده بود و برخی از دیگر دانشمندان تردید داشتند که رویکرد ما کارساز باشد.»
جنبه دیگری که این محققان از آن اطمینان داشتند این بود که طول عمر اندازه‌گیری شده یون‌های توریم 229- (حدود 1400 ثانیه) درست بود.
یاماگوچی توضیح داد: «اگر طول عمر خیلی طولانی بود، نمی‌توانستیم آن را اندازه‌گیری کنیم و اگر خیلی کوتاه بود هم این امکان را نداشتیم که از یون‌ها برای ایجاد یک ساعت هسته‌ای بسیار دقیق استفاده نماییم.»
1400 ثانیه، طول عمر بسیار خوبی برای کاربردهای ساعت‌های هسته‌ای است.
در حال حاضر، فیزیک‌دانان روی ابداع یک لیزر جدید برای کاوش در ساعت‌های هسته‌ای تمرکز کرده‌اند.
