فیزیکدان ها، یک ساعت اتمی کوانتومی طراحی کرده اند که سطح دقت و پایداری آن شگفت انگیز است. این ساعت کاربردهای بسیار زیادی در علوم نوین خواهد داشت، که شاید مهم ترین آن کشف حقیقت ماده تاریک یا Dark Matter باشد که سال هاست یکی از اصلی ترین مباحث علم فیزیک است.
پژوهشگران دانشگاه Boulder’s JILA کولورادو یک ساعت بسیار دقیق اتمی کوانتومی طراحی کرده اند، که از طرح جدید سه بعدی بهره می برد. این پروژه توانسته است مرزهای کیفیت یک محصول را جابجا کند و از دقت بسیار زیادی برخوردار است که می تواند به عنوان واحد سنجش سایر پدیده ها به کار رود.
این ساعت به اتم های استرونتیوم درون یک مکعب مجهز شده است و چگالی آن نسبت به ساعت های یک بعدی استاندارد، ۱۰۰۰ برابر بیشتر است. پژوهشگران به منظور طراحی این ساعت برای نخستین بار از گازی موسوم به گاز کوانتومی یا quantum gas استفاده کرده اند.
گفتنی است در ساعت های اتمی پیشین، هر اتم به صورت ذره ای مجزا در نظر گرفته می شد، بنابراین تبادل انرژی میان اتم های مختلف باعث ایجاد بی نظمی در کل سیستم می شد. ساعت جدید از فناوری موسوم به quantum many-body system بهره می برد که ذره های اتم را نه به صورت یک جزء بلکه به صورت یک الگو در نظر می گیرد. این فناوری بدون توجه به تعداد اتم ها، از برخورد آن ها با یکدیگر جلوگیری می کند. این ذرات در حالتی از ماده به نام گاز فرمی تخریب شده یا degenerate Fermi gas ( به گازی گفته می شود که اتم های آن به شکل ذرات فرمی در کنار یکدیگر قرار گرفته اند ) نگه داشته می شوند و به این ترتیب تمام اتم ها به صورت کوانتیزه یا quantized رفتار خواهند کرد.
جون یه، فیزیکدان مؤسسه ملی استاندارد و فناوری یا NIST که همکاری نزدیکی در اجرای این پروژه داشته است، در خصوص این ساعت اذعان کرد: « مهم ترین مزیت بالقوه این ساعت که از گازهای کوانتومی سه بعدی بهره می برد، قابلیت افزایش تعداد اتم ها است که در نهایت باعث افزایش بسیار زیاد پایداری آن خواهد شد. ما اکنون در زمان بسیار هیجان انگیزی زندگی می کنیم، چرا که می توانیم با هدف سنجش و اندازه گیری سایر پدیده ها یک حالت کوانتومی از ذرات را ایجاد کنیم ».
در طی بررسی های آزمایشگاهی، این ساعت در ۱۰ کوانتیلیون ( یک کوانتیلیون برابر است با عدد یک با ۱۸ صفر بتوان ۲ ) تنها ۳٫۵ خطا را ثبت کرده است. به این ترتیب موفق شده است به عنوان دقیق ترین ساعت دنیا شناخته شود.
توماس اوبراین، مدیر بخش فیزیک کوانتومی مؤسسه NIST نیز عنوان کرد: « استفاده از گاز کوانتومی در این ساعت جدید استرونتیوم، موفقیتی خیره کننده در کاربرد عملی انقلاب جدید کوانتومی ( که برخی پژوهشگران از آن به عنوان quantum 2.0 یاد کرده اند ) است. ساخت این ساعت باعث پیشرفت مؤسسه NIST و دانشگاه JILA شده است و مطمئناً در آینده نیز باعث همکاری بیشتر این دو مرکز پژوهشی به منظور طراحی ابزارهای سنجش و اختراع فناوری های جدید خواهد شد، که از زمان خود بسیار جلوتر خواهند بود ».
ساعت های اتمی، ابزارهای بسیار دقیقی به منظور سنجش زمان و ناوبری است. با این حال این فناوری کاربردهای بسیار دیگری دارد، که شاید مهم ترین آن ها درک بهتر ماده تاریک است.
برخی دانشمندان بر این باورند که تناقضات کوچکی که در ثانیه های یک ساعت اتمی رخ می دهد، ممکن است به درک بهتر ماده تاریک منجر شود. در پژوهش های پیشین ثابت شده است که یک شبکه از ساعت های اتمی یا یک سیستم بسیار حساس ممکن است، تغییرهای بسیار کوچک فرکانس ارتعاش اتم ها یا عبور نور لیزر ساعت از یک محیط ماده تاریک را ثبت کند. به این دلیل ساعت کوانتومی، که نسبت به سایر ساعت های پیشین از دقت و عملکرد بسیار بالاتری برخوردار است، می تواند در کشف طبیعت ماده تاریک بسیار مؤثر باشد.
نظرات