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

به نقل از آي‌اي، يک ساعت جديد که دقت زمان سنجي آن ۱۰۰۰ برابر افزايش يافته، ممکن است به دانشمندان اين امکان را بدهد که کيهان را به شکلي مطالعه و کاوش کنند که تاکنون ميسر نبوده و به آنها اجازه مي‌دهد امواج گرانشي را کشف کرده، ماده تاريک را شکار کرده و آزمايشات دقيقي روي اصول پايه طبيعت انجام دهند.

اين ساعت آنقدر دقيق است که اگر ۳۰ ميليارد سال که بيش از دو برابر عمر جهان ماست، کار کند، کمتر از يک ثانيه عقب مي‌ماند.

"هيده‌توشي کاتوري" از دانشگاه "توکيو" و "جون يه" از دانشگاه "کلرادو بولدر" دو فيزيکدان مستقلي هستند که اين ساعت دقيق موسوم به "ساعت شبکه نوري" را ساخته‌اند.

تحقيقات آنها در حال حاضر با ۳ ميليون دلار جايزه "دستيابي به موفقيت ۲۰۲۲" در فيزيک بنيادي که يکي از جوايز سالانه است که توسط بنياد "دستيابي به موفقيت" اهدا مي‌شود و توسط "سرگي برين" و "مارک زاکربرگ" و سايرين تأمين مالي مي‌شود، پشتيباني شده است.

ساعت‌هاي شبکه نوري نسل بعدي فراتر از ساعت‌هاي اتمي استاندارد هستند که براي حفظ و سنجش زمان بر تعامل تابش الکترومغناطيسي با حالت‌هاي برانگيخته اتم‌هاي خاص تکيه مي‌کنند. از آنها در سيستم‌هاي ماهواره‌اي ناوبري جهاني مانند GPS و براي کنترل فرکانس موج پخش تلويزيوني استفاده مي‌شود.

آزمايشگاه‌هاي "کاتوري" و "يه" وسيله‌اي براي دقيق‌تر شدن اين ساعت‌ها با رساندن نوسانات به انتهاي قابل مشاهده طيف الکترومغناطيسي با فرکانس‌هاي صد هزار برابر بيشتر از ساعت‌هاي اتمي موجود کشف کرده‌اند. آنها دريافتند که به راهي براي به دام انداختن اتم‌ها و ثابت نگه داشتن آنها در دماي فوق العاده پايين جهت کمک به اندازه گيري صحيح زمان نياز دارند.

اگر اتم‌ها به دليل گرانش سقوط کنند يا به هر نحوي حرکت کنند، دقت از دست مي‌رود و نسبيت باعث اختلال زمان‌بندي مي‌شود. بنابراين محققان براي به دام انداختن اتم‌ها يک "شبکه نوري" ايجاد کردند که موجي است که توسط پرتوي ليزر ايجاد مي‌شود و حالتي به شکل شانه تخم مرغ ايجاد مي‌کند که براي گرفتن اتم‌ها مناسب است.

"يه" توضيح داد: شما اين پرتو را در وسط محفظه خلاء قرار مي‌دهيد و مي‌توانيد اتم‌ها را با نور در وسط محفظه خلاء ثابت نگه داريد. ما آن را به گونه‌اي مهندسي کرديم که ثابت نگه داشتن اين اتم‌ها هيچ اختلالي در اندازه گيري فاصله انرژي بين اين دو حالت کوانتومي که براي اندازه گيري زمان توسط ساعت اهميت دارد، ايجاد نمي‌کند.

اين پيشرفت راه را براي ساخت اين ساعت شبکه نوري هموار کرد و "کاتوري" و "يه" جايزه پيشرفت در فيزيک بنيادي را به همين دليل کسب کردند. براي مقايسه بايد گفت که ساعت‌هاي اتمي کنوني هر ۱۰۰ ميليون سال يک ثانيه عقب مي‌مانند.

کاربردهاي بالقوه اين فناوري بي‌شمار است و در ترکيب با فناوري‌هاي فعلي مي‌تواند دقت ناوبري GPS را تا ۱۰۰۰ برابر افزايش دهد، فرآيندهاي زمين شناسي را دگرگون کند، اجازه دهد کاوشگرهاي فضايي با دقت بيشتري کنترل شوند و به محققان در رديابي بهتر آتشفشان‌ها و حوادث لرزه‌اي و فرود يک فضاپيماي بدون سرنشين در مريخ کمک شاياني کند. همچنين اگر ساعت‌هاي رصدخانه‌هاي جهان با کوچکترين کسرهاي ثانيه همگام شوند، ستاره شناسان نيز مي‌توانند سياه‌چاله‌ها را بهتر بشناسند.