ساخت ساعت هسته‌ای ممکن شد

یک ساعت کوانتومی ساعتی است که یون‌های آلومینیوم و برلیوم را در سلول‌های الکترومغناطیسی به دام انداخته و سپس با استفاده از لیزر آن‌ها را تا دمای نزدیک صفر مطلق سرد می‌کند. این ساعت توسط فیزیکدانان مؤسسه ملی فناوری و استانداردها طراحی و توسعه یافته‌است. این ساعت ۳۷ بار دقیق تر از استانداردهای بین‌المللی موجود است.

دانشمندان برای اولین بار با استفاده از یک لیزر رومیزی موفق شدند هسته اتم را به سطح بالاتری از انرژی ببرند که می‌تواند راه را برای ساختن اولین ساعت هسته‌ای هموار سازد.

ساعت اتمی بر اساس کارکرد‌های داخلی هسته اتم زمان را نگه می‌دارد. «اولگا کوچاروفسکایا» فیزیکدان در دانشگاه «ای اند ام» تگزاس گفت: این یک پیشرفت قابل ملاحظه است

در مقایسه با ساعت‌های اتمی که در حال حاضر دقیق‌ترین ساعت دانشمندان برای نگه داشتن زمان هستند، ساعت‌های هسته‌ای می‌توانند ساده‌تر و قابل حمل‌تر باشند. این ساعت‌ها همچنین می‌توانند برای آزمایش نظریه‌های بنیادین فیزیک از راه‌های جدید، به کار بروند. با این نتایج جدید، دستیابی به ساعت هسته‌ای نزدیکتر از هر زمان دیگری به نظر می‌رسد. «پتیر تیرولف» فیزیکدان از دانشگاه «لودویگ» مونیخ در آلمان گفت: ما اکنون می‌دانیم که این کار (ساخت ساعت هسته‌ای) از لحاظ مفهومی امکان‌پذیر است

ساعت‌های اتمی بر اساس فیزیک الکترون‌ها در پیرامون اتم‌ها استوار هستند. در داخل آن اتم‌ها، الکترون‌ها در سطوح خاص و منفرد از انرژی قرار دارند. برای اینکه یک الکترون با جهش به یک سطح بالاتری از انرژی برسد، لازم است مقدار مشخصی انرژی از یک لیزر به آن وارد شود. آن انرژی با یک فرکانس خاص از نور لیزر مطابقت دارد

گام بلند فیزیکدان‌ها به سمت ساخت ساعت هسته‌ای دانشمندان برای بهبود این کار، لیزر را به سمت مجموعه‌ای از اتم‌ها هدف گیری کرده و فرکانس لیزر را اسکن می‌کنند تا زمانی که الکترون‌ها اقدام به جهش کنند. سپس آن فرکانس مانند یک میزانه‌شمار (metronome) اتمی برای نگه داشتن زمان استفاده می‌شود. ساعت‌های هسته‌ای برای مشخص کردن زمان، به جای الکترون‌ها از انتقال هسته اتم استفاده می‌کنند. در حالی که بیشتر هسته‌های اتم دارای سطح انرژی بسیار متفاوتی هستند که لیزر نمی‌تواند موجب جهش آن‌ها شود، اما یک هسته اتمی خاص تفاوت دارد. گونه‌ای از عنصر «توریوم» با نام «توریوم -۲۲۹» جهش انرژی اندکی دارد که برای لیزر قابل دسترس است.

دانشمندان تا این اواخر اندازه این جهش را به خوبی نمی‌دانستند. اما در سال ۲۰۲۳ دانشمندان با دقت بیشتری نسبت به گذشته اندازه گیری کردند و این به دانشمندان امکان داد که گام بعدی را بردارند. محققان از یک لیزر برای جهش هسته اتم یادشده به سطح بالاتری از انرژی استفاده و نور ساطع شده را مشاهده کردند. در این آزمایش مقدار انرژی انتقال در حد ۸.۳۵۵۷۴ الکترون ولت اندازه گیری شد. این عدد با اندازه گیری سال ۲۰۲۳ مطابقت دارد. دانشمندان برای ساختن یک ساعت هسته‌ای باید دقت این اندازه‌گیری را حتی تا حد بیشتری افزایش دهند. از آنجا که ساعت‌های هسته‌ای نسبت به ساعت‌های اتمی بر فیزیک متفاوتی استوار هستند، مقایسه این دو نوع گاه‌شمار می‌تواند امکان مطالعات جدید درباره فیزیک بنیادین را فراهم سازد