خلاصه خبر:
فیزیکدانان پیشرفت قابل توجهی در توسعه ساعت های هسته ای داشته اند که می تواند از دقت ساعت های اتمی فعلی پیشی بگیرد. این تیم در JILA، کلرادو، انتقال انرژی در هسته‌های توریم-229 را با دقت بی‌سابقه‌ای با موفقیت اندازه‌گیری کردند و دقت را 100000 بار بهبود بخشیدند. آنها با استفاده از یک سیستم لیزری به نام شانه فرکانسی، انرژی دقیق مورد نیاز برای انتقال هسته به حالت برانگیخته را مشخص کردند. اگرچه هنوز یک ساعت کاملاً کاربردی نیست، این پیشرفت نشان می‌دهد که ساعت‌های هسته‌ای که انتقال انرژی در هسته را اندازه‌گیری می‌کنند، می‌توانند پایدارتر و قابل حمل‌تر از ساعت‌های اتمی باشند. علاوه بر این، ساعت‌های هسته‌ای می‌توانند بینش جدیدی در مورد فیزیک بنیادی، از جمله تشخیص ماده تاریک و سایر نیروها ارائه دهند. نتایج آنها به عنوان cover article در Nature منتشر شده است.
توضیحات تکمیلی:
فیزیکدانان به پیشرفتی در توسعه ساعت های هسته ای دست یافته اند، فناوری که می تواند زمان سنجی دقیق را متحول کند و بینش جدیدی در مورد فیزیک بنیادی ارائه دهد. تیمی به رهبری Jun Ye در JILA، کلرادو، اجزای کلیدی یک ساعت هسته ای را با اندازه گیری دقیق انتقال انرژی در هسته های توریم-229 نشان دادند. یافته‌های آنها که در Nature منتشر شد، بهبود چشمگیری را در دقت نشان داد که 100000 برابر دقیق‌تر از تلاش‌های قبلی بود. این پیشرفت، ساعت‌های هسته‌ای را به واقعیت نزدیک‌تر می‌کند، با پتانسیل پیشی گرفتن از ثبات و دقت ساعت‌های اتمی امروزی.
ساعت‌های اتمی کنونی، دقیق‌ترین دستگاه‌های زمان‌سنجی موجود، با ردیابی تغییرات انرژی در الکترون‌ها کار می‌کنند. این ساعت ها در طول 40 میلیارد سال فقط یک ثانیه از دست می دهند. با این حال، ساعت‌های هسته‌ای انتقال انرژی پروتون‌ها و نوترون‌ها را در هسته اندازه‌گیری می‌کنند، که کمتر در معرض اختلالاتی مانند میدان‌های الکترومغناطیسی هستند. این به ساعت‌های هسته‌ای اجازه می‌دهد تا پایدارتر و قابل حمل‌تر باشند، که یک جهش قابل توجه نسبت به حساسیت ساعت‌های فعلی است. ساعت‌های هسته‌ای که از فرکانس‌های فرابنفش بالاتر استفاده می‌کنند، سریع‌تر از ساعت‌های اتمی «تیک» می‌کنند و دقت را حتی بیشتر می‌کنند.
تیم تحقیقاتی فرکانس انتقال هسته های توریم-229 را با استفاده از یک سیستم لیزری به نام شانه فرکانس (frequency comb) اندازه گیری کردند. این دستگاه به محققان اجازه می دهد تا بسیاری از فرکانس های دقیق را به طور همزمان اسکن کنند و انرژی دقیق مورد نیاز برای انتقال هسته توریم به حالت برانگیخته را مشخص کنند. اگرچه این ستاپ از نظر فنی هنوز یک ساعت کاری نیست، اما اندازه‌گیری موفقیت‌آمیز «تیک» یک ساعت هسته‌ای را به توسعه نزدیک‌تر می‌کند.
علاوه بر این، حساسیت فوق‌العاده ساعت هسته‌ای می‌تواند تغییرات دقیقه‌ای در نیروهای بنیادی را تشخیص دهد و راه‌های جدیدی برای مطالعه پدیده‌هایی مانند ماده تاریک ارائه دهد. با پیشرفت فناوری، ساعت‌های هسته‌ای می‌توانند 100 میلیون برابر حساس‌تر از ساعت‌های اتمی شوند و درهایی را به روی اکتشافات جدید در فیزیک و اندازه‌گیری دقیق باز کنند.
منبع
https://www.nature.com/articles/d41586-024-02865-w
https://www.nature.com/articles/s41586-024-07839-6
