به گزارش ساوت چاینا مورنینگ پست، تیم دانشگاه علم و صنعت چین با استفاده از اتم‌های فوق سرد استرانسیم و پرتوهای لیزر قدرتمند، ساعتی با ثبات و عدم قطعیت زیر ۵ کوئنتیلیونم ایجاد کردند. این دستاورد چین را دومین کشور در جهان پس از ایالات متحده می‌کند که به چنین زمان سنجی دقیقی دست یافته است.
این تیم همچنین پایه مهمی برای ایجاد یک شبکه ساعت نوری جهانی بنا می‌گذارد. علاوه بر این، آنها مسیرهای جدیدی را برای آزمایش نظریه‌های فیزیک بنیادی، تشخیص امواج گرانشی و جستجوی ماده تاریک باز می‌کنند.
دارنده رکورد کنونی دقیق‌ترین ساعت نوری مبتنی بر استرانسیوم در دانشگاه کلرادو است که توسط گروهی به رهبری فیزیکدان چینی-آمریکایی ساخته شده است. این ساعت نسبت به رقیب چینی خود کمی دقیق‌تر و عملکرد آن پایدارتر است. سایر بازیگران این مسابقه عبارتند از دانشگاه توکیو و موسسه تحقیقات فیزیکی و شیمیایی در ژاپن و موسسه ملی مترولوژی آلمان.
ساعت‌های نوری پتانسیل زیادی برای کاربرد در زیرساخت‌های حیاتی در آینده دارند. آنها می‌توانند به طور قابل توجهی دقت سیستم‌های ماهواره‌ای ناوبری جهانی را افزایش دهند و به ساخت شبکه‌های ارتباطی بسیار ایمن بر اساس توزیع کلید کوانتومی کمک کنند. آنها همچنین می‌توانند هماهنگ سازی و کارایی شبکه‌های برق را بهبود بخشند و حتی نقشی حیاتی در دفاع و امنیت ملی ایفا کنند.
امروزه تعریف ثانیه بر اساس ساعت مایکروویو فواره‌ای است که نوعی ساعت اتمی است و با آزاد کردن اتم‌های سزیم به سمت بالا کار می‌کند، اتم‌های سزیم در حالی که با پالس‌های مایکروویو برانگیخته می‌شوند، در یک حرکت فواره مانند تحت گرانش قرار می‌گیرند. سپس الکترون‌های آنها ذرات نور را جذب و ساطع می‌کنند تا بین سطوح مختلف انرژی پرش کنند.
دانشمندان با شمارش چرخه‌هایی به‌عنوان «تیک» که کسری از ثانیه را نشان می‌دهند، می‌توانند به زمان‌سنجی با دقت بالا با پایداری‌های چند چهار میلیاردیمی دست یابند.
اما دقت یک ساعت مایکروویو توسط استاندارد فرکانس مایکروویو محدود شده است. در سال‌های اخیر، محققان ساعت‌های نوری ساخته‌اند که از نور لیزر برای هدایت انتقال‌های الکترونیکی و دستیابی به عملکردی دو مرتبه بهتر از همتایان مایکروویو خود استفاده می‌کنند.
با این حال، اگر قرار باشد ساعت‌های مایکروویو با ساعت‌های نوری برای تعریف آینده زمان جایگزین شوند، حداقل سه آزمایشگاه در جهان باید ساعت نوری با پایداری کمتر از ۵ کوی‌نتیلیونم و عدم قطعیت کمتر از ۲ کوی‌نتیلیونم داشته باشند. این دو پارامتر کلیدی برای عملکرد و قابلیت اطمینان یک ساعت نوری هستند. ناپایداری میزان نوسانات فرکانس ساعت را در طول زمان اندازه گیری می‌کند، در حالی که عدم قطعیت نشان دهنده درجه اطمینان در فرکانس اندازه گیری شده توسط ساعت است.
تیم چینی به رهبری پان – که به او “پدر کوانتوم” لقب داده‌اند – ابتدا اتم‌های استرانسیوم-۸۷ را تا دمای چند میکرو کلوین سرد و آنها را در یک شبکه یک بعدی ایجاد شده توسط پرتوهای لیزر متقاطع قرار دادند. آنها سپس از یک لیزر فوق‌پایدار برای تعامل با اتم‌های استرانسیوم-۸۷ به دام افتاده و به اصطلاح انتقال ساعت استفاده کردند که بسیار پایدار و دقیق است.
محققان همچنین اندازه گیری‌های مقایسه فرکانس را بین دو ساعت مستقل انجام دادند تا نشان دهند که پایداری یک ساعت فردی حدود ۲٫۲ کوینتیلیام است. این تیم نتیجه گرفت که عدم قطعیت کل سیستم ۴٫۴ کوئنتیلیام بود – معادل انحراف یک ثانیه در هر ۷٫۲ میلیارد سال.
چنین عملکردی نشان داد که ساعت آنها تا حدی الزامات مشارکت در تعریف مجدد ثانیه را برآورده کرده است. این تیم قصد دارد بین ساعت‌های نوری ساخته شده با گونه‌های مختلف اتم مانند استرانسیوم-۸۷ و ایتربیوم-۱۷۱ مقایسه ایجاد کند.
منبع: scmp