ساعت فوق دقیقی که می‌تواند به شناسایی "ماده تاریک" کمک کند

به گزارش آی‌ای، یک ساعت جدید که دقت زمان سنجی آن ۱۰۰۰ برابر افزایش یافته، ممکن است به دانشمندان این امکان را بدهد که کیهان را به شکلی مطالعه و کاوش کنند که تاکنون میسر نبوده و به آنها اجازه می‌دهد امواج گرانشی را کشف کرده، ماده تاریک را شکار کرده و آزمایشات دقیقی روی اصول پایه طبیعت انجام دهند.

این ساعت آنقدر دقیق است که اگر ۳۰ میلیارد سال که بیش از دو برابر عمر جهان ماست، کار کند، کمتر از یک ثانیه عقب می‌ماند.

"هیده‌توشی کاتوری" از دانشگاه "توکیو" و "جون یه" از دانشگاه "کلرادو بولدر" دو فیزیکدان مستقلی هستند که این ساعت دقیق موسوم به "ساعت شبکه نوری" را ساخته‌اند.

تحقیقات آنها در حال حاضر با ۳ میلیون دلار جایزه "دستیابی به موفقیت ۲۰۲۲" در فیزیک بنیادی که یکی از جوایز سالانه است که توسط بنیاد "دستیابی به موفقیت" اهدا می‌شود و توسط "سرگی برین" و "مارک زاکربرگ" و سایرین تأمین مالی می‌شود، پشتیبانی شده است.

ساعت‌های شبکه نوری نسل بعدی فراتر از ساعت‌های اتمی استاندارد هستند که برای حفظ و سنجش زمان بر تعامل تابش الکترومغناطیسی با حالت‌های برانگیخته اتم‌های خاص تکیه می‌کنند. از آنها در سیستم‌های ماهواره‌ای ناوبری جهانی مانند GPS و برای کنترل فرکانس موج پخش تلویزیونی استفاده می‌شود.

آزمایشگاه‌های "کاتوری" و "یه" وسیله‌ای برای دقیق‌تر شدن این ساعت‌ها با رساندن نوسانات به انتهای قابل مشاهده طیف الکترومغناطیسی با فرکانس‌های صد هزار برابر بیشتر از ساعت‌های اتمی موجود کشف کرده‌اند. آنها دریافتند که به راهی برای به دام انداختن اتم‌ها و ثابت نگه داشتن آنها در دمای فوق العاده پایین جهت کمک به اندازه گیری صحیح زمان نیاز دارند.

اگر اتم‌ها به دلیل گرانش سقوط کنند یا به هر نحوی حرکت کنند، دقت از دست می‌رود و نسبیت باعث اختلال زمان‌بندی می‌شود. بنابراین محققان برای به دام انداختن اتم‌ها یک "شبکه نوری" ایجاد کردند که موجی است که توسط پرتوی لیزر ایجاد می‌شود و حالتی به شکل شانه تخم مرغ ایجاد می‌کند که برای گرفتن اتم‌ها مناسب است.

"یه" توضیح داد: شما این پرتو را در وسط محفظه خلاء قرار می‌دهید و می‌توانید اتم‌ها را با نور در وسط محفظه خلاء ثابت نگه دارید. ما آن را به گونه‌ای مهندسی کردیم که ثابت نگه داشتن این اتم‌ها هیچ اختلالی در اندازه گیری فاصله انرژی بین این دو حالت کوانتومی که برای اندازه گیری زمان توسط ساعت اهمیت دارد، ایجاد نمی‌کند.

این پیشرفت راه را برای ساخت این ساعت شبکه نوری هموار کرد و "کاتوری" و "یه" جایزه پیشرفت در فیزیک بنیادی را به همین دلیل کسب کردند. برای مقایسه باید گفت که ساعت‌های اتمی کنونی هر ۱۰۰ میلیون سال یک ثانیه عقب می‌مانند.

کاربردهای بالقوه این فناوری بی‌شمار است و در ترکیب با فناوری‌های فعلی می‌تواند دقت ناوبری GPS را تا ۱۰۰۰ برابر افزایش دهد، فرآیندهای زمین شناسی را دگرگون کند، اجازه دهد کاوشگرهای فضایی با دقت بیشتری کنترل شوند و به محققان در ردیابی بهتر آتشفشان‌ها و حوادث لرزه‌ای و فرود یک فضاپیمای بدون سرنشین در مریخ کمک شایانی کند. همچنین اگر ساعت‌های رصدخانه‌های جهان با کوچکترین کسرهای ثانیه همگام شوند، ستاره شناسان نیز می‌توانند سیاه‌چاله‌ها را بهتر بشناسند.

منبع: ایسنا

66