محققان دانشگاه علم و صنعت چین ساعت نوری با ثبات و عدم قطعیت کمتر از پنج تریلیونم (10 به توان 30) ساخته اند. در طول هفت میلیارد سال آینده، این ساعت فقط یک ثانیه متوقف می شود یا به جلو می رود. بنابراین زمان دقیق زندگی ما را نشان می دهد.
به گزارش ایسنا، ساعت های نوری نقش مهمی در آینده ای دارند که امروز در حال آشکار شدن است. دانشمندان مطمئن هستند که می توانند از ساعت های نوری برای توسعه سیستم های موقعیت یابی جهانی (GPS) دقیق تر و توزیع کلید کوانتومی استفاده کنند.
تیم های تحقیقاتی مختلفی در ژاپن، ایالات متحده آمریکا و آلمان در حال کار بر روی توسعه ساعت های اتمی هستند. با این حال، دقیق ترین ساعت اتمی در دانشگاه کلرادو در بولدر ساخته شد و همچنین عملکرد پایداری را نشان داد.
چین با دستاورد جدید خود در این زمینه، اکنون دومین کشور در جهان است که به این فناوری دست یافته است.
ثانیه چیست؟
یک ثانیه، که ما آن را یک تیک کوچک ساعت می‌دانیم، در دنیای علم به عنوان «ساعت فواره‌ای مایکروویو» تعریف می‌شود که مبتنی بر ساعت اتمی است. یک ساعت اتمی اتم های سزیم را به سمت بالا آزاد می کند که در اثر گرانش مانند یک چشمه آب به زمین می افتند.
سپس این اتم ها توسط پالس های مایکروویو برانگیخته می شوند که باعث می شود الکترون ها ذرات نور را جذب و ساطع کنند و به سطوح مختلف انرژی بپرند.
هر یک از این چرخه‌ها یک تیک کوچک است که به کسری از ثانیه می‌رسد و به دانشمندان اجازه می‌دهد تا اندازه‌گیری دقیق زمان را در چند کوادریلیونم نگه دارند. با این حال، دقت چنین ساعتی به فرکانس مایکروویو بستگی دارد.
به همین دلیل است که محققان در حال توسعه ساعت نوری هستند که نور لیزر را با امواج مایکروویو جایگزین می کند. تخمین زده می شود که این کار باعث افزایش دو برابری عملکرد ساعت شود.
ساخت ساعت های سبک برای آینده
استفاده از ساعت های دیجیتال نوری به حداقل سه آزمایشگاه برای دستیابی به ثبات زیر پنج تریلیون و عدم قطعیت زیر دو تریلیون نیاز دارد.
تیم تحقیقاتی چینی به رهبری پان جیانوی از استرانسیوم برای ساخت ساعت نوری خود استفاده کردند.
محققان اتم‌های استرانسیم را تا دمای چند میکروکلوین خنک کردند. سپس آنها در یک شبکه تک بعدی ایجاد شده با استفاده از پرتوهای لیزر متقاطع به دام افتادند. سپس از یک لیزر فوق پایدار برای تحریک اتم ها و ایجاد یک انتقال ساعت پایدار و دقیق استفاده کردند.
مقایسه این ساعت اتمی با ساعت های اتمی دیگر تایید کرد که این ساعت نوری تا 2.2 تریلیونم پایدار است، در حالی که عدم قطعیت آن 4.4 تریلیونم بود.
محققان در مجله تحقیقاتی Metrologia گزارش دادند که ساعت نوری آنها در 7.2 میلیارد سال فقط یک ثانیه متوقف می شود یا پیشرفت می کند.
از طریق این تلاش، تیم چینی به حداقل های لازم برای ساختن آینده ای دست می یابد که در آن از ساعت های نوری برای اندازه گیری دقیق زمان استفاده می شود.
محققان همچنین قصد دارند از اتم های دیگری مانند ایتربیوم برای ساخت ساعت های اتمی و مقایسه تفاوت های زمان بندی استفاده کنند.
محققان همچنین می گویند کار آنها فرصت های جدیدی را برای آزمایش نظریه های بنیادی فیزیک و جستجوی امواج گرانشی و ماده تاریک باز می کند.