علماء في فيينا يعلنون ابتكار أول ساعة نووية

للمرة الأولى، صار بالإمكان أن نقول إن الساعة النووية تعمل فعلاً، لتكون جهازاً يقيس الزمن بالاستناد إلى نواة الذرة نفسها. في دراسة نشرتها مجلة نيتشر، أعلن فريق من جامعة فيينا وشركائه بناء ساعة نووية تعتمد على نظير الثوريوم-229، وتثبيت ليزر على انتقال نووي يمكن الوصول إليه ضوئياً، في خطوة تفتح طريقاً مختلفاً عن الساعات الذرية التقليدية.

الفارق يبدأ من المكان الذي تبحث فيه الساعة عن دقاتها. الساعات الذرية المعروفة تضبط الزمن عبر انتقالات إلكترونات بين مستويات طاقة محددة في الذرة. أما الساعة المُستحدثة؛ فتراقب انتقالاً بين حالتين في نواة الثوريوم-229. والنواة أصغر بكثير من السحابة الإلكترونية المحيطة بها، كما أن انتقالها النووي أقل تعرضاً لبعض المؤثرات الخارجية؛ لذلك يُتوقع أن يوفر مرجعاً أكثر مقاومة للتشويش، وأن يتيح قياسات أدق للظواهر الفيزيائية الأساسية.

اختار الباحثون الثوريوم-229 لأن نواته تمتلك حالة مثارة منخفضة الطاقة انخفاضاً استثنائية، تبلغ نحو 8.4 إلكترون فولت، ويمكن إثارتها بأشعة فوق بنفسجية عميقة عند طول موجي يقارب 148 نانومتراً. وُضعت نوى الثوريوم داخل بلورة من فلوريد الكالسيوم بحجم مليمترات، وعملت المنظومة في درجة حرارة الغرفة. هذه النقطة مهمة عملياً: فالساعة لا تحتاج إلى عزل كل نواة منفردة في فراغ فائق، بل يمكنها الاستفادة من عدد كبير من النوى المدمجة في مادة صلبة.

EIC: مصادم للجسيمات في عصر الذكاء الاصطناعي

المشكلة التي كان على الفريق حلها هي تحويل هذا الانتقال النووي إلى مرجع مستمر للزمن. استخدم الباحثون ليزراً مستمراً، ثم راقبوا امتصاص النوى للضوء عند الانتقال النووي. وعندما ينحرف تردد الليزر عن الرنين، تولّد عملية الامتصاص إشارة خطأ تُعاد إلى النظام لتصحيح التردد. هكذا أصبحت النواة نفسها جزءاً من حلقة التغذية الراجعة التي تضبط الليزر، بدلاً من الاكتفاء بقياس انتقال نووي بوساطة مصدر تردد خارجي.

وأظهرت الساعة استقراراً ترددياً نسبياً عند مستوى 3×10^-12 مقسوماً على الجذر التربيعي لزمن القياس بالثواني، واقترب الاستقرار من 10^-15 خلال يوم واحد من التشغيل. هذه الأرقام لا تجعلها أفضل ساعة