محققان آمریکایی دقیق ترین ساعت اتمی جهان را ساختند. این دستگاه که برپایه یک یون آلومینیوم کار می کند، می تواند زمان را با دقت 19 رقم اعشار اندازه گیری کند. این دستاورد که حاصل 20 سال تحقیق است، تعریف جهانی ثانیه را نیز تغییر می دهد.

به گزارش دیجیاتو؛ به نقل از Phys، دانشمندان مؤسسه ملی استاندارد و فناوری آمریکا (NIST) از یک رکوردشکنی بزرگ در زمینه زمان سنجی خبر دادند. ساعت اتمی نوری جدید آنها 41 درصد دقیق تر از رکورددار قبلی (ساعت شبکه استرانسیوم) است. همچنین این دستگاه 2.6 برابر پایدارتر از هر ساعت یونی دیگری در جهان کار می کند.

در قلب این ساعت یک یون آلومینیوم قرار دارد. به گفته محققان یون آلومینیوم به دلیل داشتن تیک تاک هایی با فرکانس بسیار بالا و پایدار و همچنین حساسیت کم به تغییرات دما و میدان های مغناطیسی، یک زمان سنج ایده آل است. اما یک مسئله بزرگ وجود داشت: یون آلومینیوم را نمی توان با لیزر خنک کرد یا مورد کاوش قرار داد.

راه حل خلاقانه تیم NIST، استفاده از یک سیستم رفاقتی کوانتومی بود. آنها یک یون منیزیم را در کنار یون آلومینیوم قرار دادند. یون منیزیم که به راحتی با لیزر کنترل می شود، دو وظیفه مهم را برعهده می گیرد؛

تله یونی اصلاح شده برای ساعت یونی آلومینیومی NIST؛ دایره سبز موقعیت یون آلومینیوم را نشان می دهد که در اینجا چندان مشخص نیست و باید از طریق طیف سنجی کوانتومی ردیابی شود.

برای رسیدن به این دقت بی سابقه، تیم تحقیقاتی مجبور به بازطراحی کامل تمام اجزای سیستم شدند؛ آنها با استفاده از یک ویفر الماس ضخیم تر و اصلاح پوشش های طلا، تله یونی را بازطراحی کردند تا از حرکات ریز و مزاحم یون ها که دقت ساعت را مختل می کرد، جلوگیری کنند. همچنین برای جلوگیری از نشت گاز هیدروژن (که با برخورد به یون ها، عملکرد ساعت را مختل می کرد) محفظه خلاء فولادی قدیمی با یک محفظه جدید از جنس تیتانیوم جایگزین شد. این کار نشت هیدروژن را 150 برابر کاهش داد.

در حال حاضر، تعریف رسمی و جهانی یک ثانیه براساس تعداد مشخصی از نوسانات (یا تیک تاک) اتم سزیم-133 است. این استاندارد از سال 1967 برقرار بوده و بسیار دقیق است. بااین حال ساعت جدید یون آلومینیوم از نوسانات اتم هایی استفاده می کند که تیک تاک بسیار سریع تر و پایدارتری نسبت به سزیم دارند. این نوسانات در محدوده فرکانس نوری (بسیار بالاتر از فرکانس مایکروویو سزیم) هستند. به عبارت دیگر، جامعه علمی جهان اکنون می توانند تعریف رسمی یک ثانیه را از تعداد نوسانات اتم سزیم، به تعداد نوسانات یک اتم جدید و پایدارتر (مانند آلومینیوم) تغییر دهد.

یافته های این پژوهش در Physical Review Letters منتشر شده است.