كتب – رامز يوسف:
طوّر علماء واحدة من أدق الساعات الذرية على الإطلاق، ويخططون لاستخدامها كساعة مرجعية لتحديد الوقت.
توفر ساعة NIST-F4 الذرية، التي تعتمد على حركة ذرات السيزيوم تحت شعاع ميكروويف، دقة عالية لدرجة أنها لو بدأت بالعمل قبل 100 مليون سنة، لتأخرت اليوم بأقل من ثانية، وفقًا لمبتكريها.
نشر صانعو الساعات، وهم علماء في المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا (NIST) في بولدر، كولورادو، تفاصيل عمل NIST-F4 في مجلة Metrologia. بدأت الساعة الجديدة العمل اعتبارًا من أبريل 2025، وتنتظر الموافقة قبل أن تنضم إلى حوالي 450 ساعة أخرى حول العالم في تحديد التوقيت العالمي المنسق (UTC)، وهو النظام العالمي لقياس نبضة الثانية بدقة فائقة.
قالت ليز دونلي، رئيسة قسم الوقت والتردد في المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا، في بيان، إن إشارات الوقت “تُستخدم حرفيًا مليارات المرات يوميًا في كل شيء، بدءًا من ضبط الساعات وصولًا إلى ضمان دقة ختم الوقت لمئات المليارات من الدولارات من المعاملات المالية الإلكترونية”.
تعني الحاجة المتزايدة إلى ضبط وقت أكثر دقة، أن العلماء يعملون باستمرار على تطوير ساعات مرجعية أفضل – ساعات تُحدد وقت ضبط الساعات الأخرى. وعلى عكس نظيراتها اليومية، فإن هذه الأجهزة المرجعية هي ساعات ذرية، تستمد دقاتها من اهتزازات الذرات.
ساعة NIST-F4 هي نوع من الساعات الذرية تُعرف باسم ساعة النافورة، وتحتوي على سحابة من آلاف ذرات السيزيوم المبردة إلى ما يقارب الصفر المطلق باستخدام الليزر. ثم تُقذف الذرات لأعلى بفعل نبضات زوج من شعاعي الليزر، ثم تسقط تحت تأثير وزنها أثناء مرورها عبر شعاع ميكروويف مُعدّل لجعل الذرات تتذبذب.
حساب هذا التردد (الذي يحدث 9,192,631,770 مرة كل ثانية) يُمكّن العلماء من تحديد الثانية الدولية بدقة.
ولكن هذا هو الجزء البسيط نسبيًا. لضمان موثوقية NIST-F4، كان على العلماء مراعاة كل مصدر للضوضاء الدقيقة التي قد تؤثر على اهتزازات ذرات السيزيوم. ويشمل ذلك التداخل الكمي مع الذرات الأخرى؛ وتسرب الموجات الميكروية وتأثيرات العدسات؛ والتشوهات الطفيفة في المجالات الكهرومغناطيسية الناتجة عن الليزر.
بدأ الفريق بإجراء هذه التعديلات في عام 2020، بعد 4 سنوات من إيقاف تشغيل أول ساعة نافورة للوكالة، NIST-F1، للترميم. تضمن هذا العمل إعادة بناء تجويف الموجات الميكروية في قلب الساعة من الصفر.
وقال فلاديسلاف جيرجينوف، المؤلف الأول للدراسة والفيزيائي في المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا والذي عمل على التصميم الجديد: “إن تقييم ساعة نافورة مثل NIST-F4 عملية بطيئة. علينا أن نكون حذرين للغاية. يجب أن نعرف كل شيء عنها”.
النتيجة هي ساعة ذات عدم يقين منهجي إجمالي قدره 2.2×10⁻¹⁶ – وهي دقة تعني أنها تفقد أقل من ثانية كل 140 مليون سنة. هذا التأخير الدقيق للغاية هو نتاج تشويش ناتج عن العشوائية الكامنة في القياسات الكمومية، وهو عامل يقول العلماء إنه يمكن تقليله باستخدام مذبذبات أفضل وتبريد ليزر مُحسّن.
ستدق ساعة NIST-F4 جنبًا إلى جنب مع سابقتها NIST-F3. ستعمل الساعة الأحدث حوالي 90% من الوقت، وستعمل ساعة واحدة على الأقل في أي وقت. سيتم إرسال البيانات من كلتا الساعتين بشكل دوري إلى المكتب الدولي للأوزان والمقاييس لمعايرة التوقيت العالمي المنسق (UTC)، والحفاظ على إيقاع العالم.
المصدر: Live Science
اقرأ أيضا:
