اولین ساعت اتمی که ۱۰۰ میلیون سال متوالی دقیق می‌ماند

به گزارش ایسنا، ساعت اتمی «NIST-F4» که به تازگی توسط مؤسسه ملی استاندارد و فناوری در بولدر کلرادو(NIST) رونمایی شد، یکی از دقیق‌ترین دستگاه‌های اندازه‌گیری زمان است که تاکنون بر روی زمین ساخته شده است.

به نقل از آی‌ای، این ساعت به قدری دقیق است که اگر در زمان دایناسورها شروع به تیک‌تاک می‌کرد، امروز هنوز با دقت یک ثانیه دقیق بود.

دانشمندان مؤسسه ملی استاندارد و فناوری آمریکا به طور رسمی این ساعت را به دفتر بین‌المللی وزن‌ها و اندازه‌گیری‌ها(BIPM) برای صدور گواهی به ‌عنوان «استاندارد فرکانس اولیه»، عنوانی که برای بهترین ساعت‌های اتمی روی کره زمین است، ارسال کردند.

گفتنی است که تنها حدود ۱۰ کشور از چنین ساعت‌هایی استفاده می‌کنند.

این ساعت اتمی چگونه کار می‌کند؟

ساعت‌های اتمی مانند NIST-F4 برخلاف ساعت‌های معمولی، زمان را با استفاده از ارتعاشات طبیعی اتم‌ها (در این مورد، اتم‌های سزیم) نگه می‌دارند.

درون این ساعت، هزاران اتم با استفاده از لیزر تا نزدیک صفر مطلق خنک می‌شوند و سپس با حرکتی فواره‌مانند به سمت بالا پرتاب می‌شوند.

همانطور که این اتم‌ها بالا و پایین می‌روند، از طریق تابش مایکروویو تنظیم شده به فرکانسی می‌گذرند که باعث می‌شود اتم‌ها حالت انرژی خود را تغییر دهند. این همان انتقالی است که اصطلاحا «تیک» ساعت را تعریف می‌کند.

این «تیک» دقیقاً ۹ میلیارد و ۱۹۲ میلیون و ۶۳۱ هزار و ۷۷۰ بار در ثانیه اتفاق می‌افتد و با شمارش این تیک‌هاست که ساعت اتمی، یک «ثانیه» رسمی را تعریف می‌کند.

ساعت پشت اینترنت، امور مالی و جی‌پی‌اس

زمان فقط مربوط به ساعت و هشدار دادن نیست، بلکه همه چیز از جی‌پی‌اس(GPS) گرفته تا معاملات بازار سهام و مراکز داده را پشتیبانی می‌کند.

لیز دانلی(Liz Donley)، مدیر بخش زمان و فرکانس NIST می‌گوید: سیگنال‌های زمان به معنای واقعی کلمه میلیاردها بار در روز برای همه چیز، از تنظیم ساعت‌ها گرفته تا اطمینان از نشان‌دادن دقیق زمانِ صدها میلیارد دلار تراکنش‌های مالی الکترونیکی استفاده می‌شوند.

ساعت اتمی NIST-F4 به هدایت مقیاس زمانی رسمی ایالات متحده معروف به UTC کمک می‌کند و به استاندارد جهانی زمان‌سنجی، زمان هماهنگ جهانی(UTC) کمک می‌کند.

داده‌های بسیار دقیق آن کمک می‌کند تا اطمینان حاصل شود که سامانه‌ها در سراسر جهان تا مقیاس میکروثانیه همگام می‌شوند.

سال‌ها بازسازی و آزمایش

ساعت اتمی NIST-F4 یک شبه ساخته نشده است. این ساعت از NIST-F1، اولین ساعت فواره‌ای این نهاد که در اواخر دهه ۱۹۹۰ ساخته شد، تکامل یافته است.

پس از یک حرکت در سال ۲۰۱۶ که عملکرد F1 را مختل کرد، دانشمندان NIST تصمیم گرفتند قلب ساعت (حفره مایکروویو) را از ابتدا بازسازی کنند.

آنها سال‌های متمادی را صرف پالایش هر بخش، از سیم‌پیچ‌های مغناطیسی گرفته تا سیستم‌های نوری کردند و به دقت‌هایی به اندازه یک پنجم عرض تار موی انسان دست یافتند.

ولادیسلاو گرگینوف(Vladislav Gerginov)، فیزیکدان NIST می‌گوید: ارزیابی ساعت فواره‌ای، فرآیندی کند است، زیرا ما باید بسیار محافظه‌کار باشیم.

مؤسسه ملی استاندارد و فناوری آمریکا قبلاً داده‌های NIST-F4 را برای صدور گواهینامه رسمی به BIPM ارسال کرده است. در همین حال، در کنار NIST-F3 اجرا می‌شود تا اطمینان حاصل شود که حداقل یک ساعت فواره‌ای همیشه کار می‌کند.

دانلی می‌گوید: موفقیت NIST-F4 رهبری جهانی NIST را در استانداردهای فرکانس اولیه تثبیت کرده است.