9 سپتامبر 2021 توسط عصام احمد
در 25 ژانویه 2017، تصویری از دکتر اد مارتی، یک ساعت مشبک نوری استرانسیوم را نشان می‌دهد که در آزمایشگاه Jun Ye در دانشگاه کلرادو، بولدر ذخیره شده است.
۱۵ میلیارد سال طول می‌کشد تا ساعتی که آزمایشگاه زیرزمینی Jun Ye در دانشگاه کلرادو را اشغال می‌کند، ثانیه‌ای را از دست بدهد.
برای این اختراع، دانشمند چینی-آمریکایی، به همراه هیدتوشی کاتوری ژاپنی، 3 میلیون دلار به عنوان برندگان مشترک جایزه دستیابی به موفقیت در فیزیک بنیادی 2022 را با هم تقسیم خواهند کرد.
این دو با کار مستقل، تکنیک‌هایی را با استفاده از لیزر برای به دام انداختن و خنک کردن اتم‌ها توسعه دادند، سپس ارتعاشات را مهار کردند تا به عنوان ساعت‌های مشبک نوری، دقیق‌ترین قطعات زمان سنجی که تاکنون ساخته شده است شناخته شوند. در مقایسه، ساعت‌های اتمی فعلی هر 100میلیون سال یک بار یک ثانیه را از دست می‌دهند. اما با دقت بیشتر چه چیزی به دست می‌آید؟
یی به خبرگزاری فرانسه گفت: «این واقعاً ابزاری است که به شما امکان می‌دهد ساختار اولیه فضا-زمان را در جهان بررسی کنید.»
در آزمایشگاه Ye، محققان نشان دادند که، مطابق با پیش بینی‌های نسبیت اینشتین زمان با حرکت ساعت به زمین به اندازه یک سانتی متر، کندتر حرکت می‌کند. این ساعت‌ها که از فناوری فعلی استفاده می‌کنند، می‌توانند دقت ناوبری GPS را تا 1000 برابر افزایش دهند یا به فرود یک هواپیمای بدون سرنشین در مریخ کمک کنند.
مختصری از تاریخچه زمان
از زمان مصرهای باستانی و چینی‌ها ساعت‌های آفتابی، بهبود دقت و صحت زمان سنجی یک هدف بوده است. یک پیشرفت اساسی با اختراع ساعت پاندولی در سال 1656 انجام شد و چند دهه بعد کرونومترها به اندازه کافی دقیق بودند تا طول جغرافیایی کشتی را در دریا تعیین کنند. در اوایل قرن بیستم شاهد ظهور ساعت‌های کوارتز بودیم.
ساعت‌های کوارتز در وسایل الکترونیکی مدرن همه جا وجود دارند، اما هنوز هم تا حدودی مستعد تغییرات ناشی از فرآیند تولید یا شرایطی مانند دما هستند. جهش بزرگ بعدی در اندازه گیری زمان از مهار حرکت اتم‌های پرانرژی برای ایجاد ساعت‌های اتمی ناشی می‌شود که از چنین تغییرات محیطی در امان هستند. فیزیک‌دانان می‌دانند که یک فرکانس واحد و بسیار زیاد باعث می‌شود ذراتی به نام الکترون که در هسته یک نوع خاص از اتم می‌چرخند، به حالت انرژی بالاتری بپرد و مداری دورتر از هسته پیدا کند. ساعت‌های اتمی فرکانس تقریبی را ایجاد می‌کنند که باعث می‌شود اتم‌های عنصر سزیم به آن حالت انرژی بالاتر بپرد. سپس، یک آشکارساز تعداد اتم‌های دارای انرژی را شمارش می‌کند و در صورت لزوم فرکانس را برای دقیق‌تر شدن ساعت تنظیم می‌کند. آن‌قدر دقیق که از سال 1967، یک ثانیه به عنوان 9،192،631،770 نوسان اتم سزیم تعریف شده است.
کاوش در جهان و زمین
آزمایشگاه‌های Katori و Ye راه‌هایی را برای بهبود ساعت‌های اتمی حتی با حرکت نوسانات به انتهای مرئی طیف الکترومغناطیسی، با فرکانس‌های صد هزار برابر بیشتر از ساعت‌های اتمی فعلی یافته‌اند – تا دقت آن‌ها بیشتر شود. آن‌ها دریافتند که به راهی برای به دام انداختن اتم‌ها – در این مورد، عنصر استرانسیوم – و ثابت نگه داشتن آن‌ها با دمای فوق العاده پایین برای کمک به اندازه گیری درست زمان نیاز دارند. اگر اتم‌ها در اثر گرانش در حال سقوط هستند یا در غیر این صورت در حال حرکت هستند، دقت از دست می‌رود و نسبیت می‌تواند تأثیرات مخدوش کننده بر روی زمان سنجی داشته باشد. برای به دام انداختن اتم‌ها، مخترعین یک «شبکه نوری» ایجاد کردند که توسط امواج لیزری در جهت مخالف حرکت می‌کرد و یک شکل ثابت مانند کارتن تخم مرغ ایجاد می‌کرد. به عنوان مثال، همگام سازی ساعت‌های بهترین رصدخانه‌های جهان تا کوچکترین بخش‌های ثانیه به ستاره شناسان اجازه می‌دهد تا سیاهچاله‌ها را بهتر تصور کنند. ساعت‌های بهتر همچنین می‌توانند روش‌های جدیدی را بر فرایندهای زمین شناسی زمین نشان دهند.
نسبیت به ما می‌گوید زمان با نزدیک شدن به یک جرم عظیم کند می‌شود، بنابراین یک ساعت به اندازه کافی دقیق می‌تواند تفاوت بین سنگ‌های جامد و گدازه‌های آتشفشانی زیر سطح را برای دانشمندان تشخیص دهد و به پیش‌بینی فوران کمک کند. یا در واقع، سطح اقیانوس‌ها یا میزان آب زیر بیابان را اندازه بگیرید.
به گفته یی، چالش بزرگ بعدی کوچک سازی فناوری است تا بتوان آن را از آزمایشگاه منتقل کرد. این دانشمند اذعان می‌کند که گاهی اوقات توضیح مفاهیم بنیادی فیزیک برای عموم مردم دشوار است. او می‌گوید: «اما وقتی آن‌ها در مورد ساعت‌ها می‌شنوند، می‌توانند احساس کنند که این یک چیز ملموس است، می‌توانند با آن ارتباط برقرار کنند و این بسیار سودآور است.»
