دانشمندان یک نمونه اولیه از ساعت هسته‌ای ساخته‌اند، که از هسته‌های اتم توریوم به جای الکترون‌ها برای اندازه‌گیری زمان استفاده می‌کند.
به گزارش سرویس علمی تکناک، این ساعت از دقت بالاتری نسبت به ساعت‌های اتمی موجود برخوردار است و می‌تواند باعث پیشرفت‌های بیشتری در علم فیزیک، ناوبری و مطالعات نجومی شود.
ساعت‌های اتمی با شمارش ارتعاشات منظم اتم‌های خاص، مانند اتم سزیم-133 که به طور دقیق 9,192,631,770 بار در ثانیه ارتعاش دارد، زمان را اندازه‌گیری می‌کنند.
این عدد پایه‌ای برای تعریف طول یک ثانیه در جهان است و زمان جهانی با استفاده از شبکه ساعت‌های اتمی هماهنگ می‌شود، که به کارکرد صحیح اینترنت پرسرعت، GPS و دیگر فناوری‌های پیشرفته کمک می‌کند.
اما دانشمندان اکنون به دنبال توسعه ساعت هسته‌ای هستند که به جای ارتعاشات کل اتم، تنها ارتعاشات هسته آن را اندازه‌گیری می‌کنند.
این تغییر ممکن است کوچک به نظر برسد، اما از نظر مقیاس، هسته یک اتم 100,000 برابر کوچک‌تر از خود اتم است.
دانشمندان می‌گویند که ساعت هسته‌ای با برخورداری از «تیک»های بسیار بیشتری در هر ثانیه نسبت به ساعت‌های اتمی، دقت اندازه‌گیری زمان را به سطح جدیدی ارتقا می‌دهند.
این قابلیت باعث می‌شود ثانیه به بخش‌های کوچک‌تری تقسیم شود و در نتیجه اندازه‌گیری زمان دقیق‌تر باشد.
علاوه بر این، ساعت هسته‌ای در برابر اختلالات خارجی مثل میدان‌های الکترومغناطیسی مقاوم‌تر هستند و دقت آنها تحت تأثیر این عوامل قرار نمی‌گیرد.
در هر دو نوع ساعت، «تیک»ها از تغییر ذرات بین دو حالت کوانتومی ایجاد می‌شوند، که با ضربه یک لیزر با فرکانس خاص تحریک می‌گردند.
با وجود این، ساعت هسته‌ای بیشتر به لیزری قوی‌تر نسبت به ساعت‌های اتمی نیاز دارند، البته به جزء در مورد اتم توریوم-229 که اینگونه نیست.
هسته این اتم دارای دو حالت کوانتومی است و از نظر انرژی بسیار به هم نزدیک هستند، به همین دلیل برای جابه‌جایی بین آنها انرژی کمتری نیاز است.
در ماه آوریل گذشته، پژوهشگران JILA موفق شدند که مقدار دقیق اختلاف انرژی بین این دو حالت در هسته توریوم را محاسبه کنند و برای اولین بار این هسته‌ها را بین دو حالت کوانتومی جابه‌جا نمایند.
این دستاورد با استفاده از یک لیزر فرابنفش انجام شد، در حالی که ساعت‌های اتمی اغلب با نور مادون قرمز کار می‌کنند.
این پیشرفت می‌تواند مسیر جدیدی برای توسعه ساعت‌های فوق دقیق هسته‌ای باز کند.
توریوم (Thorium) یک عنصر شیمیایی با نماد Th و عدد اتمی 90 است.
این فلز نقره‌ای و رادیواکتیو در گروه آکتینیدها قرار دارد و یکی از عناصر سنگین به حساب می‌آید.
توریوم به دلیل خصوصیات هسته‌ای خود شناخته شده و به عنوان سوخت بالقوه در رآکتورهای هسته‌ای مورد توجه است.
تیم تحقیقاتی اکنون موفق به ساخت یک نمونه اولیه از ساعت هسته‌ای شده، که تمامی اجزای لازم برای تحقق این فناوری را در خود جای داده است.
در این فرایند، یک سری پالس‌های لیزر مادون قرمز به گاز زنون شلیک می‌شود که به طور پیش‌بینی‌پذیری نور فرابنفش تولید می‌کند.
این نور فرابنفش سپس به هسته‌های توریوم که در یک کریستال کوچک معلق هستند، تابانده می‌شود تا پروتون‌ها و نوترون‌های درون این هسته‌ها تحریک شوند.
در ادامه، یک «شانه فرکانس نوری» وظیفه شمارش چرخه‌های موج فرابنفش را بر عهده دارد تا زمان با دقت فوق‌العاده‌ای اندازه‌گیری شود.
همچنین پژوهشگران فرکانس فرابنفش ساعت هسته‌ای را با فرکانس نوری استفاده‌شده در دقیق‌ترین ساعت اتمی جهان مقایسه کردند.
اگرچه در حال حاضر، ساعت هسته‌ای سرعتی بیشتر از ساعت‌های اتمی ندارد، اما محققان تأکید می‌کنند که این پروژه بیشتر به عنوان یک اثبات مفهومی بوده است و نشان‌دهنده قدمی بزرگ به سوی توسعه ساعت هسته‌ای دقیق‌تر در آینده می‌باشد.
تورستن شوم، یکی از نویسندگان این پژوهش، اعلام کرد: «با ساخت این نمونه اولیه، ما ثابت کرده‌ایم که توریوم می‌تواند به عنوان یک زمان‌سنج برای اندازه‌گیری‌های فوق‌العاده دقیق مورد استفاده قرار گیرد.»
وی تصریح کرد: «تنها موانع باقی‌مانده مسائل فنی هستند و دیگر چالشی عمده پیش‌بینی نمی‌شود.»
پژوهشگران بر این باور هستند که ساعت هسته‌ای در مدت دو تا سه سال آینده می‌توانند از دقت ساعت‌های اتمی فعلی پیشی بگیرند و در عین حال قابل حمل‌تر و پایدارتر شوند.
در صورت جایگزینی این ساعت‌ها با ساعت‌های اتمی، انتظار می‌رود که سرعت و قابلیت اطمینان فناوری‌هایی مانند: ارتباطات، اینترنت و GPS به صورت چشمگیری افزایش یابد.
حتی این ساعت‌ها ممکن است در کشف اصول بنیادین فیزیک و جست‌وجوی ماده تاریک نیز به دانشمندان کمک کنند.
این پژوهش در مجله معتبر Nature به چاپ رسیده است.
