بر اساس گزارشی که در مجله نیچر منتشر شد، فیزیکدانان دانشگاه ویسکانسین-مدیسون یکی از ساعت‌های اتمی با بالاترین عملکرد را تا کنون ساخته‌اند.
ساعت اتمی شبکه نوری آنها، گام بعدی فراتر از ساعت‌های اتمی استاندارد، می‌تواند تفاوت‌ها را در زمان با دقتی معادل از دست دادن تنها یک ثانیه در هر 300 میلیارد سال اندازه‌گیری کند و اولین نمونه از یک ساعت نوری چندگانه است. شش ساعت مجزا می توانند در یک محیط مشابه در یک ساعت نوری چندگانه وجود داشته باشند.
این تیم اکنون می‌تواند تلاش کند ماده تاریک را شناسایی کند، فیزیک را با ساعت‌ها کشف کند و امواج گرانشی را جستجو کند.
Shimon Kolkowitz، استاد فیزیک UW-Madison و نویسنده ارشد این مطالعه می‌گوید: «ساعت‌های شبکه نوری در حال حاضر بهترین ساعت‌های جهان هستند، و در اینجا ما به این سطح از عملکرد دست پیدا می‌کنیم که قبلاً هیچ‌کس ندیده است». “ما در حال کار برای بهبود عملکرد آنها و توسعه برنامه های کاربردی نوظهور هستیم که با این عملکرد بهبودیافته فعال می شوند.”
یک ساعت اتمی از فرکانس های تشدید اتم ها به عنوان تشدید کننده خود استفاده می کند. بر اساس دایره المعارف بریتانیکا، تشدید کننده با فرکانس تابش الکترومغناطیسی مایکروویو ساطع یا جذب شده توسط انتقال کوانتومی (تغییر انرژی) یک اتم یا مولکول تنظیم می شود. اتم ها در فرکانس های ثابت طنین انداز می شوند، در حالی که فرکانس نوسانی کریستال کوارتز در ساعت کوارتز می تواند به دلیل تحمل های تولید متفاوت باشد. فرکانس های ثابت در یک اتم سزیم چیزی است که ساعت های اتمی را بسیار دقیق می کند.
دقت فوق‌العاده دقیق ساعت‌های اتمی برای تشخیص زمان اخیراً توسط آژانس دولتی ایالات متحده دارپا استفاده شده است. آنها برنامه شبکه ساعت نوری قوی (ROCkN) را اعلام کرده بودند که هدف آن ساخت یک ساعت اتمی نوری بسیار دقیق و فشرده به اندازه کافی برای قرار گرفتن در داخل یک هواپیمای نظامی یا وسیله نقلیه میدانی است. ساعت اتمی نوری، دقیق ترین نوع ساعت اتمی، به قدری دقیق است که در طول بیش از 13 میلیارد سال وجود جهان یک ثانیه از دست نمی داد.
ساعت‌های اتمی نوری با استفاده از لیزری که دقیقاً مطابق با این فرکانس تنظیم شده است، زمان را نگه می‌دارند. برای حفظ زمان دقیق، آنها به برخی از پیچیده ترین لیزرهای جهان نیاز دارند.
Kolkowitz می‌گوید که گروه آنها در مقایسه با “لیزر نسبتاً کثیفی” دارند. در نتیجه، آنها می‌دانستند که هر ساعتی که ساخته‌اند دقیق‌ترین ساعت را به خودی خود نخواهد داشت. آنها همچنین می‌دانستند که کاربردهای بعدی ساعت‌های نوری خواهد بود. به لیزرهای قابل حمل و تجاری موجود مانند لیزر آنها نیاز دارد.
مطالعه جدید آنها یک ساعت چندگانه را مشاهده کرد که در آن اتم‌های استرانسیم را می‌توان به ساعت‌های متعددی که در یک خط در یک محفظه خلاء مرتب شده‌اند، جدا کرد. این تیم تنها با استفاده از یک ساعت اتمی دریافتند که لیزر آنها به طور قابل اعتمادی قادر است الکترون‌هایی را در همان تعداد اتم برای یک دهم ثانیه برانگیزد.اما، وقتی لیزر را به دو ساعت در محفظه به طور همزمان تابیدند و آنها را با هم مقایسه کردند، تعداد اتم‌های دارای الکترون برانگیخته بین دو ساعت تا 26 ثانیه ثابت ماند.
یافته‌های آنها دلیلی بر این بود که می‌توانستند آزمایش‌های ضروری را برای مدت طولانی‌تر از زمانی که لیزرشان در یک ساعت نوری معمولی اجازه می‌دهد انجام دهند.به طور معمول، لیزر ما عملکرد این ساعت ها را محدود می کند. اما چون ساعت‌ها در یک محیط قرار دارند و دقیقاً همان نور لیزر را تجربه می‌کنند، اثر لیزر کاملاً از بین می‌رود.»
در مرحله بعد، گروه می خواستند بفهمند که چگونه می توانند تفاوت بین ساعت ها را به دقت اندازه گیری کنند. بسته به گرانش، میدان های مغناطیسی و سایر شرایط، دو گروه از اتم ها در محیط های کمی متفاوت با سرعت های متفاوتی تیک می خورند.
این آزمایش بیش از هزار بار انجام شد که تفاوت فرکانس تیک تاک دو ساعت آنها را برای حدود سه ساعت اندازه گیری کرد. همانطور که پیش بینی شد، تیک تاک کمی متفاوت بود زیرا ساعت ها در دو مکان کمی متفاوت بودند. همانطور که تیم اندازه گیری های بیشتری انجام می داد، آنها بهتر می توانستند این تفاوت ها را اندازه گیری کنند.
