مرکز فناوریهای کوانتومی سنگاپور (CQT) از یک ساعت اتمی مبتنی بر عنصر لوتتیم رونمایی کرد که آزمایشها نشان میدهند دقیقترین ساعت اتمی جهان است. این ساعت دقتی در حد ۱۹ رقم اعشار دارد و این کوچکترین میزان گزارششده برای یک ساعت اتمی نوری است.
ساعتهای اتمی نوری از الکترونها بهعنوان آونگ استفاده و زمان را اندازهگیری میکنند. همانطور که وزنه درحال نوسان درون یک ساعت پاندولی قدیمی با الگویی دقیق حرکت میکند، یک الکترون که مقدار مشخصی انرژی دریافت کرده باشد با فرکانسی معین بین حالتهای کوانتومی مختلف نوسان میکند.
از دهه ۱۹۶۰، سزیم استاندارد جهانی اندازهگیری زمان بوده است، اما پژوهشگران در سالهای اخیر استفاده از عناصری مانند ایتربیوم، استرانسیم و آلومینیوم را نیز بررسی کردهاند. این عناصر با فرکانس بالاتری نسبت به سزیم نوسان میکنند و میتوانند امکان اندازهگیری دقیقتر زمان را فراهم کنند.
نهاد بینالمللی مسئول استانداردهای زمان نیز دادههای ساعتهای اتمی نوری جدید را برای بازتعریف احتمالی «ثانیه» در سال ۲۰۳۰ یا پس از آن بررسی میکند.
دقیقترین ساعت اتمی با عنصر لوتتیوم
لوتتیم یا لوتتیوم نسبت به عناصر دیگری که برای ساخت ساعتهای اتمی استفاده میشوند، یک عنصر سنگینوزن است. این عنصر در انتهای گروه لانتانیدها و درست بعد از ایتربیوم قرار دارد. اتمهای لوتتیوم کمتر دچار نوسان میشوند. همچنین این عنصر واکنش بسیار کمی به تابش گرمایی و تغییرات میدان مغناطیسی دارد.
در نتیجه، عوامل محیطی تأثیر کمتری بر دقت ساعت میگذارند. موری برت (Murray Barrett)، فیزیکدان دانشگاه ملی سنگاپور و سرپرست این پروژه، میگوید که ساعت لوتتیم حتی در گرمترین نقطه ثبتشده روی زمین، دره مرگ، و در سردترین نقطه قطب جنوب نیز پایدار میماند.
اما لوتتیم کمیابترین عنصر در میان عناصر خاکی کمیاب زمین است و تاکنون کمتر درباره ویژگیهای آن برای اندازهگیری زمان مطالعه شده بود.
تیم مرکز فناوریهای کوانتومی سنگاپور بیش از یک دهه روی این عنصر کار کرده است. آنها در این مدت ویژگیهای اتم لوتتیوم را بررسی کردند و روشی به نام «میانگینگیری فوقریز» را برای تعریف انتقال اتمی ساعت توسعه دادند.
پژوهشگران برای آزمایش دقت این فناوری، دو ساعت مبتنی بر لوتتیوم ساختند و آنها را به مدت ۲۰۰ ساعت با یکدیگر مقایسه کردند. عدم قطعیت این زوج ساعت ۵.۷x۱۰-۱۹ بود، که آن را به دقیقترین زوج ساعت ساختهشده تبدیل میکند.
فرکانس خود ساعت نیز تا ۱۹ رقم اعشار محاسبه شد که عدمقطعیت آن ۱x۱۰-۱۹ بود. این کوچکترین عدمقطعیت گزارششده برای یک ساعت اتمی تا به امروز است.
این دقت امکان بررسی تغییرات بسیار کوچک گرانش در نقاط مختلف زمین را فراهم میکند. این ساعت نوری حتی میتواند اختلاف زمان ناشی از تفاوت گرانش را در ارتفاعهایی با فاصله چند میلیمتر تشخیص دهد.
پژوهشگران اکنون قصد دارند این ساعت را کوچکتر و قابلحمل کنند. آنها نتایج پروژه خود را در ژورنال Nature منتشر کردهاند.
