خلاصه خبر:
ماموریت ACES آژانس فضایی اروپا، از ساعت‌های اتمی بسیار دقیق برای آزمایش نسبیت عام انیشتین و کشف فیزیک بنیادی استفاده میکند. کلید این ماموریت دو ساعت PHARAO و SHM هستند که از گذار اتمی برای دقت بی نظیر استفاده میکنند. PHARAO، با اتم‌های سزیم خنک‌شده با لیزر، پایداری طولانی‌مدت را فراهم میکند، در حالی که SHM دقت کوتاه‌مدتی را ارائه میکند و با هم به سطح پایداری 1e-16 دست می‌یابد. ماموریت ACES، با انتقال سیگنال‌های زمانی دقیق به سراسر جهان، شبکه‌ای جهانی برای مقایسه ساعت‌ها و بررسی تفاوت‌های پتانسیل گرانشی ایجاد کرده که به بهبود سیستم‌های GPS کمک میکند. همچنین، مأموریت ACES با انجام آزمایش‌های استاندارد مدل و بررسی ماده تاریک، به گسترش مرزهای فیزیک بنیادی می‌پردازد و میتواند بینش‌های جدیدی درباره ساختار زمین و نظریه‌های انیشتین ارائه دهد.
توضیحات تکمیلی:
سامانه ACES (مجموعه ساعت اتمی در فضا)، به سرپرستی آژانس فضایی اروپا و با همکاری شرکت‌های ایرباس دیفنس و اسپیس و سافرن تایمینگ تکنولوژیز، یک مأموریت جاه‌طلبانه است که در آن ساعت‌های اتمی با دقت بالا بر روی ایستگاه فضایی بین‌المللی (ISS) نصب شده‌اند تا نظریه نسبیت عام انیشتین و ثابت‌های بنیادی را با دقتی بی‌نظیر مورد آزمایش قرار دهند. این ساعت‌ها که شامل ساعت‌های PHARAO و SHM هستند، بر مبنای گذارهای کوانتومی درون اتم‌های سزیوم و هیدروژن کار میکنند و به پایداری فرکانسی قابل توجه ۱۰ به توان منفی ۱۶ دست یافته‌اند. این سطح از دقت به ACES امکان می‌دهد تا در زمان واقعی اثر انتقال به سرخ گرانشی را مشاهده کند، جایی که ساعت‌ها در میدان‌های گرانشی قوی‌تر (نزدیک‌تر به زمین) کندتر از ساعت‌هایی که دورتر هستند کار میکنند.
سامانه ACES (مجموعه ساعت اتمی در فضا)، به سرپرستی آژانس فضایی اروپا و با همکاری شرکت‌های Airbus Defence and Space و Safran Timing Technologies، یک مأموریت بلندپروازانه است که در آن ساعت‌های اتمی با دقت بالا بر روی ایستگاه فضایی بین‌المللی (ISS) نصب شده‌اند تا نظریه نسبیت عام انیشتین و ثابت‌های بنیادی را با دقتی بی‌نظیر مورد آزمایش قرار دهند. این ساعت‌ها که شامل ساعت‌های PHARAO و SHM هستند، بر مبنای گذارهای کوانتومی درون اتم‌های سزیوم و هیدروژن کار میکنند و به پایداری فرکانسی قابل توجه ۱۰ به توان منفی ۱۶ دست یافته‌اند. این سطح از دقت به ACES امکان می‌دهد تا به صورت آنی اثر انتقال به سرخ گرانشی (gravitational redshift ) را مشاهده کند، جایی که ساعت‌ها در میدان‌های گرانشی قوی‌تر (نزدیک‌تر به زمین) کندتر از ساعت‌هایی که دورتر هستند کار میکنند.
ساعت PHARAO بر مبنای سزیوم، پایداری فرکانسی بلندمدت را فراهم میکند، در حالی که SHM، که یک میزر هیدروژن فعال (active hydrogen maser) است، پایداری کوتاه‌مدت را ارائه می‌دهد. این ساعت‌ها با ترکیب خود سیگنالی ایجاد میکنند که به دقتی دست می‌یابد که اندازه‌گیری تغییرات بسیار کوچک در پتانسیل گرانشی بین نقاط مختلف زمین، که به آن ژئودزی کرنومتری (chronometric geodesy) گفته می‌شود، را امکان‌پذیر میکند. این دقت برای مشاهده زمین مفید است، زیرا تغییرات کوچک گرانشی می‌توانند با تغییرات جرم مرتبط باشند که میتواند به مطالعات فعالیت‌های تکتونیکی، سطح دریا و تغییرات اقلیمی کمک کند. سیگنال‌های زمانی ارسال شده از ایستگاه فضایی بین‌المللی از طریق پیوند مایکروویو ACES (MWL) می‌توانند ساعت‌های سراسر جهان را به‌طور همزمان هماهنگ کرده و امکان مقایسه ساعت‌ها به صورت آنی را بین قاره‌ها فراهم کنند.
مأموریت ACES همچنین راهی برای انجام آزمایش‌های فراتر از نسبیت عام باز میکند. این مأموریت به جستجوی تغییرات زمانی در ثابت‌های بنیادی، بررسی ماده تاریک از طریق تأثیرات آن بر زمان، و انجام آزمایش‌هایی بر اساس استاندارد مدل توسعه‌یافته (Standard Model Extension) برای بررسی فیزیک فراتر از نظریات کنونی می‌پردازد. اجزای اخیراً آزمایش‌شده شامل پیوند مایکروویو (MWL) و آشکارساز بهمنی فوتون تکی در پیوند نوری ELT، نشان‌دهنده آمادگی مأموریت برای آزمایش‌های دقیق در فضا است. چالش‌های فنی مانند حفظ دقت ساعت PHARAO در میان نوسانات دمایی و مقابله با نویز در حین انتقال سیگنال نیز با استفاده از سیستم‌های حلقه سرو (servo-loop systems) چندگانه برای تثبیت مدیریت می‌شوند.
با نزدیک شدن ACES به زمان پرتاب، این پروژه زمینه‌ساز فناوری‌های کوانتومی فضایی است و به طور قابل توجهی زمان‌سنجی را پیش می‌برد که تأثیرات مهمی در حوزه‌های موقعیت‌یابی جهانی (GPS)، ناوبری و ارتباطات خواهد داشت. موفقیت ACES میتواند درک ما از فیزیک بنیادی را تغییر دهد و ممکن است بینش‌های جدیدی درباره ساختار جهان و مرزهای نظریه‌های انیشتین ارائه کند.
منبع
https://thequantuminsider.com/2024/11/06/time-will-tell-quantum-based-atomic-clocks-in-space-put-einsteins-theory-to-the-ultimate-test/
https://arxiv.org/abs/2411.02912
