يصنع باحثون أمريكيون ساعة ذرية يمكن أن تعمل لمدة 14 مليار سنة

يمكن أن يعمل نوع جديد تم إنشاؤه من الساعات الذرية لمدة 14 مليار سنة ، تعادل تقريبًا العمر الحالي للكون ، بدقة دقيقة مع الحفاظ على تأخير لأكثر من عُشر ثانية ، وفقًا لمجلة Nature العلمية ، عندما استخدم العلماء الأمريكيون ظاهرة غريبة تعرف باسم التشابك الكمومي. تصميم ساعات جديدة.

كما أوضح الباحثون ، يساعد هذا التشابك الكمي في تقليل عدم اليقين الذي ينطوي عليه قياس التذبذبات الذرية التي تستخدمها الساعات الذرية للحفاظ على الوقت ، ويمكن استخدام الساعة لكشف “المادة المظلمة” المراوغة التي يعتقد أنها تشكل أكثر من ثلاثة أرباع الكون. بالإضافة إلى دراسة تأثير الجاذبية على الوقت.

من جانبه ، قال الباحث المهندس الكهربائي إدوين بيدروسو بينافيل من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا: “سيكون للساعات الذرية الضوئية المحسنة القدرة على الوصول إلى دقة أفضل في ثانية واحدة مقارنة بآخر الساعات الضوئية الحالية.. “

على غرار الطريقة التي تعمل بها ساعات البندول القديمة لتوفير الوقت ، تستخدم الساعات الذرية أشعة الليزر لقياس التذبذبات الطبيعية للسحب الذرية ، وهي أكثر الأحداث الدورية استقرارًا التي يمكن أن يتوقعها العلماء اليوم..

من الناحية المثالية ، يمكن استخدام حركة ذرة واحدة ، ولكن عندما يتعلق الأمر بالقياسات الذرية ، تلعب القواعد الخاصة لميكانيكا الكم دورًا رئيسيًا ، خاصة وأن القياسات تخضع لاحتمالات أن يحصل المتوسط ​​على بيانات موثوقة..

يوضح الباحث والفيزيائي سيمون كولومبو من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ، “عندما تزيد عدد الذرات ، يتم تعيين المتوسط ​​الذي تعطيه كل تلك الذرات على شيء يعطي القيمة الصحيحة.”“.

تأخذ الساعات الذرية المعاصرة قياسات لآلاف الذرات فائقة التبريد ، والتي يتم التقاطها في “مصيدة” ضوئية بواسطة الليزر واختبارها بواسطة ليزر مختلف بتردد مماثل لتذبذبات الذرات المقاسة..

ومع ذلك ، فإن هذا النهج يخضع لدرجة معينة من عدم اليقين الكمي ، ومن وجهة النظر هذه خلص فريق البحث إلى أنه يمكن القضاء على عدم اليقين بالانتقال إلى التشابك الكمي ، حيث من مجموعات الذرات..

وأوضح الباحثون أن هذا يعني أن التذبذبات الفردية للذرات المعقدة تتقلص حول تردد مشترك – مما يزيد من دقة القياسات التي تتخذها الساعة..

في تصميمهم الجديد ، قام الدكتور بيدرو بنفيل وزملاؤه بدمج حوالي 350 ذرة من عنصر الأرض النادرة الإيتربيوم ، الذي يتأرجح 100000 مرة في الثانية أكثر من السيزيوم ، العنصر المستخدم في الساعات الذرية التقليدية..

هذه الحقيقة تعني أنه – إذا تم رصدها عن كثب – يمكن للساعة الجديدة أن تكتشف حتى أجزاء زمنية داخلية أصغر ، وكما هو الحال في الساعة الذرية القياسية ، قام الفريق بالتقاط الذرات في مساحة ضوئية محاطة بمرآتين – ولكن بعد ذلك أطلقوا الليزر عبر الفضاء بحيث قفز بين المرآتين. ، وتفاعلوا بشكل متكرر مع الذرات وعبروها.

كما أوضح الباحث والفيزيائي تشي شو ، من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا: “يبدو أن الضوء هو رابط للتواصل بين الذرات.“.

والذرة الأولى التي ترى هذا الضوء تغير الضوء قليلاً ، وهذا الضوء يغير أيضًا الذرة الثانية ، والذرة الثالثة ، ومن خلال العديد من الدورات ، تعرف الذرات بعضها البعض وتبدأ في التصرف بشكل مشابه.“.

استخدم الفريق بعد ذلك شعاع ليزر إضافيًا لقياس متوسط ​​تواتر الذرات – على غرار الطريقة المستخدمة في الساعات الذرية الحالية ، وخلص فريق البحث إلى أن التشابك سمح للساعة بالوصول إلى أربعة أضعاف الدقة المطلوبة للساعات الحالية..

قال الباحث والفيزيائي في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا البروفيسور فلادان فوليتش: يمكن استخدام تصميم الساعة الجديدة لمعالجة أسرار الكون بشكل أفضل..