منوعات

يمكن للذرات فائقة الإشعاع أن تتجاوز حدود مدى دقة قياس الوقت

يمكن للذرات فائقة الإشعاع أن تساعدنا في قياس الوقت بدقة أكبر من أي وقت مضى. في دراسة جديدة، يقدم الباحثون في جامعة كوبنهاغن طريقة جديدة لقياس الفاصل الزمني الثاني، مما يخفف بعض القيود التي تواجه الساعات الذرية الأكثر تقدما اليوم. ويمكن أن يكون للنتيجة آثار واسعة النطاق في مجالات مثل السفر إلى الفضاء والانفجارات البركانية وأنظمة تحديد المواقع.

والثانية هي وحدة القياس الأكثر تحديدًا بدقة، مقارنة بالوحدات الأساسية الأخرى مثل الكيلوجرام والمتر ودرجة الكلفن. يتم قياس الوقت حاليًا بواسطة ساعات ذرية في مواقع مختلفة حول العالم، والتي تخبرنا معًا بالوقت. باستخدام موجات الراديو، ترسل الساعات الذرية باستمرار إشارات تعمل على مزامنة أجهزة الكمبيوتر والهواتف وساعات اليد.

التذبذبات هي المفتاح للحفاظ على الوقت. في ساعة الجد تأتي هذه التذبذبات من تأرجح البندول من جانب إلى آخر كل ثانية، أما في الساعة الذرية فهي عبارة عن شعاع ليزر يتوافق مع تحول طاقة السترونتيوم ويتذبذب حوالي مليون مليار مرة في الثانية .

ولكن وفقًا لإليوت بور، طالب الدكتوراه في معهد نيلز بور – حفيد نيلز بور – فحتى الساعات الذرية يمكن أن تصبح أكثر دقة. وذلك لأن ليزر الكشف، الذي تستخدمه معظم الساعات الذرية الحديثة لقراءة تذبذب الذرات، يسخن الذرات لدرجة أنها تهرب، مما يؤدي إلى انخفاض الدقة.

“لأن الذرات يجب أن يتم استبدالها باستمرار بذرات جديدة، بينما يتم تحضير ذرات جديدة، فإن الساعة تفقد الوقت قليلاً جدًا. لذلك، نحاول التغلب على بعض التحديات والقيود الحالية لأفضل الساعات الذرية في العالم من خلال، من بين أمور أخرى، يشرح إليوت بور، الذي كان يعمل في معهد نيلز بور في وقت إجراء بحثه، ولكنه الآن باحث دكتوراه في جامعة كولورادو، “إعادة استخدام الذرات بحيث لا تحتاج إلى استبدالها كثيرًا”. .

وهو المؤلف الرئيسي لدراسة جديدة نشرت في المجلة العلمية الاتصالات الطبيعيةوالذي يستخدم طريقة مبتكرة وربما أكثر كفاءة لقياس الوقت.

الإشعاع الفائق والتبريد إلى الصفر المطلق

تتضمن المنهجية الحالية فرنًا ساخنًا يقذف حوالي 300 مليون ذرة من السترونتيوم إلى كرة باردة للغاية من الذرات الباردة تُعرف باسم المصيدة المغناطيسية الضوئية (MOT). وتبلغ درجة حرارة هذه الذرات حوالي -273 درجة مئوية – قريبة جدًا من الصفر المطلق – ويوجد مرآتان بينهما مجال ضوئي لتعزيز التفاعلات الذرية. ومن خلال العمل مع زملائه الباحثين، طور بور طريقة جديدة لقراءة الذرات.

يوضح إليوت بور: “عندما تهبط الذرات في الحجرة المفرغة، فإنها تظل ثابتة تمامًا لأن الجو بارد جدًا، مما يسمح بتسجيل تذبذباتها باستخدام المرآتين الموجودتين على طرفي نقيض من الحجرة”.

السبب وراء عدم حاجة الباحثين إلى تسخين الذرات بالليزر وتدميرها يرجع إلى ظاهرة فيزيائية كمومية تسمى “الإشعاع الفائق”. تحدث هذه الظاهرة عندما تتشابك مجموعة ذرات السترونتيوم وفي نفس الوقت ينبعث الضوء في المجال بين المرآتين.

“تجعل المرايا الذرات تتصرف كوحدة واحدة. وتصدر بشكل جماعي إشارة ضوئية قوية يمكننا استخدامها لقراءة الحالة الذرية، وهي خطوة حاسمة في قياس الوقت. هذه الطريقة تسخن الذرات قليلاً جدًا، لذلك يحدث كل ذلك بدون يقول بور: “استبدال الذرات، مما قد يجعلها طريقة قياس أكثر دقة”.

نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) والمهمات الفضائية والانفجارات البركانية

ووفقا لإليوت بور، فإن نتائج البحث الجديدة يمكن أن تكون مفيدة لتطوير نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) أكثر دقة. والحقيقة أن الأقمار الثلاثين التي تدور حول الأرض باستمرار وتخبرنا بمكان تواجدنا تحتاج إلى ساعات ذرية لقياس الوقت.

“عندما تحدد الأقمار الصناعية موقع هاتفك أو نظام تحديد المواقع العالمي (GPS)، فأنت تستخدم ساعة ذرية في قمر صناعي. إن دقة الساعات الذرية مهمة جدًا لدرجة أنه إذا تم إيقاف تلك الساعة الذرية بمقدار ميكروثانية، فهذا يعني عدم الدقة على بعد حوالي 100 متر من السطح الأرض”، يشرح إليوت بور.

تعد البعثات الفضائية المستقبلية مجالًا آخر يتوقع فيه الباحث أن يكون للساعات الذرية الأكثر دقة تأثيرًا كبيرًا.

ويوضح قائلاً: “عندما يتم إرسال الأشخاص والآلات إلى الفضاء، فإنهم يتحركون بعيدًا عن أقمارنا الصناعية، وبالتالي فإن متطلبات القياسات الزمنية الدقيقة للتنقل في الفضاء تكون أكبر بكثير”.

يمكن أن تكون النتيجة مفيدة أيضًا في تطوير جيل جديد من الساعات الذرية الأصغر حجمًا والمحمولة والتي يمكن استخدامها لأكثر من مجرد قياس الوقت.

يقول بور: “الساعات الذرية حساسة لتغيرات الجاذبية، وبالتالي يمكن استخدامها لاكتشاف التغيرات في كتلة الأرض وجاذبيتها، مما قد يساعدنا على التنبؤ بموعد حدوث الانفجارات البركانية والزلازل”.

ويشير بور إلى أنه على الرغم من أن الطريقة الجديدة التي تستخدم الذرات فائقة الإشعاع واعدة جدًا، إلا أنها تظل “دليلًا على المفهوم” الذي لا يزال بحاجة إلى التحسين. .

تم إجراء البحث من قبل فريق يورج هيلج مولر وجان تومسن من معهد نيلز بور، بالتعاون مع طلاب الدكتوراه في سوفوس لاجونا كريستنسن وجوليان روبنسون تيت، وباحث ما بعد الدكتوراه ستيفان ألاريك شيفر. كما تضمن المشروع مساهمات من المنظرين هيلموت ريتش وكريستوف هوتر من جامعة إنسبروك، وكذلك تانيا زيليفينسكي من جامعة كولومبيا.

..

Source link

orcalimaa

المصدر الرئيسي للأخبار والمعلومات الصحية والطبية الموثوقة وفي الوقت المناسب . توفير معلومات صحية ذات مصداقية ومجتمع داعم وخدمات تعليمية من خلال مزج الخبرة الحائزة على جوائز في المحتوى والخدمات المجتمعية وتعليقات الخبراء والمراجعة الطبية .

مقالات ذات صلة

اترك تعليقاً

زر الذهاب إلى الأعلى