🟠ساخت دقیق‌ترین ساعت اتمی جهان با یون لوتتیوم

🔹پژوهشگران مرکز فناوری‌های کوانتومی #سنگاپور (CQT) در دانشگاه ملی سنگاپور، یک #ساعت_اتمی_نوری مبتنی بر یون #لوتتیوم ساخته‌اند که به گفته آن‌ها دقیق‌ترین ساعت اتمی گزارش‌شده در جهان است. نتایج این پژوهش ۲۳ سپتامبر در Nature منتشر شده و اندازه‌گیری‌ها نشان می‌دهد خطای این ساعت معادل حدود یک ثانیه در ۳۰۰ میلیارد سال است.

🔸ساعت‌های اتمی زمان را با فرکانس یک «گذار اتمی» (Atomic Transition) اندازه می‌گیرند؛ یعنی تغییر تراز انرژی الکترون در اتم. در این روش، لیزری با فرکانس این گذار تنظیم می‌شود و نوسان نور مانند آونگ ساعت برای شمارش زمان عمل می‌کند. از دهه ۱۹۶۰،ساعت سزیم، استاندارد جهانی تعریف ثانیه بوده، اما ساعت‌های نوری جدید با عناصری مانند ایتربیوم، استرانسیم و آلومینیوم دقت بیشتری فراهم کرده‌اند.

❗️تیم CQT که بیش از یک دهه روی لوتتیوم کار کرده، فرکانس ساعت خود را تا ۱۹ رقم اعشار اندازه‌گیری کرده و عدم‌قطعیتی در حدود ¹⁹⁻۱۰ به دست آورده است؛ پایین‌ترین مقدار گزارش‌شده برای یک ساعت اتمی نوری. پژوهشگران همچنین دو ساعت مستقل را طی ۲۰۰ ساعت با روش «طیف‌سنجی همبستگی» مقایسه کردند و به عدم‌قطعیت ¹⁹⁻۱۰×۵٫۷ رسیدند؛ معادل اختلافی حدود یک ثانیه در ۵۵ میلیارد سال.

🔹هر ساعت تنها از یک یون Lu⁺ استفاده می‌کند و گذار آن با لیزری به طول موج ۸۴۸ نانومتر تطبیق داده شده است. مزیت مهم لوتتیوم، حساسیت بسیار کم آن به تغییرات دما و میدان مغناطیسی است؛ ویژگی‌ای که باعث می‌شود فرکانس ساعت کمتر تحت تأثیر محیط قرار گیرد. تیم پژوهشی همچنین روشی به نام Hyperfine Averaging برای کاهش اثر برخی اختلالات توسعه داده است.

🔸دقت این ساعت آن‌قدر بالاست که حتی تفاوت‌های میلی‌متری ارتفاع اهمیت پیدا می‌کنند؛ زیرا طبق نسبیت عام، شدت گرانش روی سرعت گذر زمان اثر می‌گذارد. سامانه CQT می‌تواند اثر اختلاف ارتفاع حدود ۵ میلی‌متر را میان دو ساعت تشخیص دهد، به همین دلیل پژوهشگران موقعیت دو یون را با دقت بهتر از یک میلی‌متر اندازه‌گیری کردند.

🔹چنین ساعت‌هایی می‌توانند علاوه بر کمک به بازتعریف احتمالی «ثانیه» پس از ۲۰۳۰، برای بررسی فیزیک بنیادی و اندازه‌گیری تغییرات بسیار کوچک میدان گرانشی زمین استفاده شوند. گام بعدی تیم سنگاپوری، کوچک‌سازی این سامانه و تبدیل آن به یک ساعت قابل‌حمل برای مقایسه با بهترین ساعت‌های جهان و کاربردهای خارج از آزمایشگاه است.

📎 لینک خبر
‼️مقاله منتشرشده در Nature

🔸🔸🔸🔸🔸🔸
🔗 Website
🔗 Telegram
🔗 LinkedIn

#اخبار #حسگری_کوانتومی