تعرف على الساعة “النووية”: جهاز يحدد مرور الوقت من خلال إشارات دقيقة من نواة الذرة. أعلن فريق من الباحثين بقيادة علماء من معهد جيلا، وهو معهد مشترك للمعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا (NIST)، عن الساعة اليوم، ونشروا نتائجهم في طبيعة.
قال جون يي، الفيزيائي في المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا ومعهد جيلا، في بيان صادر عن المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا: “تخيل ساعة يد لا تفقد ثانية واحدة حتى لو تركتها تعمل لمليارات السنين. ورغم أننا لم نصل إلى هذه النقطة بعد، فإن هذا البحث يقربنا من هذا المستوى من الدقة”.
إن الساعات الذرية مستقرة للغاية على مدى فترات طويلة من الزمن، وهذا يعني أنها موثوقة لبعض القياسات الأكثر دقة التي يتعين على العلماء إجراؤها. تستخدم الساعات العادية مثل تلك الموجودة في ساعة اليد مذبذب بلوري كوارتز لقياس الوقت؛ تهتز البلورات بترددات محددة لقياس مرور الوقت، على غرار البندول في ساعة الجد. لكن أعلى مستوى من الدقة ضروري للقياسات عالية المخاطر، مثل التحقق من مواقع المركبات الفضائية.
تستخدم الساعات الذرية ضوء الليزر لجعل الإلكترونات التي تدور حول الذرات تقفز بين مستويات الطاقة، لتحل محل وظيفة البندول المتأرجح في تحديد الوقت. ووفقًا لبيان المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا، فإن الساعات النووية تتصرف بشكل مماثل، حيث تستفيد من قفزات الطاقة في نواة الذرة لتحديد الوقت.
كما أن الساعة النووية أقل ضجيجاً من الساعة الذرية، لأن عملها لا يعتمد على قياس الإلكترونات، التي يمكن أن تتعرض للضغط والتشويش من قِبَل المجالات الكهرومغناطيسية الضالة. ولكن لجعل النواة تحقق القفزات اللازمة في الطاقة لضبط الوقت، يتعين على العلماء عموماً أن يفجروا النواة بنوع من الأشعة السينية المصممة خصيصاً لهذا الغرض. ولهذا السبب تعمل الساعة الموصوفة حديثاً بالثوريوم، الذي لا تتطلب نواته سوى الضوء فوق البنفسجي لتحقيق القفزات في الطاقة.
وقال ثورستن شوم، أحد أعضاء الفريق والفيزيائي بجامعة فيينا للتكنولوجيا، في بيان صادر عن الجامعة: “لقد أثبتنا من خلال هذا النموذج الأولي أن الثوريوم يمكن استخدامه كمؤشر للوقت لإجراء قياسات عالية الدقة للغاية. كل ما تبقى هو العمل على التطوير التقني، مع عدم توقع المزيد من العقبات الكبرى”.
إن الساعة النووية التي تم الكشف عنها مؤخرًا ليست أكثر دقة من أفضل الساعات الذرية اليوم، لكن شوم قال إن فريقه من المتوقع أن يتفوق على أجهزة قياس الوقت هذه في غضون بضع سنوات. وقال شوم: “لم تكن السيارات الأولى أسرع من عربات القطار. كان الأمر كله يتعلق بتقديم مفهوم جديد. وهذا بالضبط ما حققناه الآن مع الساعة النووية”.
في شهر يوليو/تموز، قدم فريق آخر من الباحثين أدق ساعة ذرية حتى الآن. وتحتجز هذه الساعة آلاف الذرات لتحديد الوقت، ولن تفقد ثانية واحدة إلا كل 30 مليار سنة. وعلى نطاق أوسع، فإن عمر الكون لم يبلغ 14 مليار سنة بعد، والأرض لم تبلغ بعد 5 مليارات سنة.
هذه أوقات مسكرة بالفعل، بالنسبة للوقت نفسه!