ساعت اتمی می‌تواند میزان اعوجاج فضا-زمان را تشخیص دهد

0
369

بیگ بنگ: ساعت‌های اتمی، بر اساس نوسان‌های دقیقه‌ای اتم‌ها طراحی شده‌اند و جزو دقیق‌ترین دستگاه‌های زمانبندی به شمار می آیند. دانشمندان هر ساله تنظیماتی را انجام می دهند که دقت این دستگاه‌ها را ارتقا می دهند. هم اکنون دانشمندان رکوردهای عملیاتی جدیدی را به دست آورده‌اند، که به ساخت دو ساعت اتمی بسیار دقیق منتج گردیده که حتی می توانند امواج گرانشی را تشخیص دهند.

nist ytterbium lattice clockبه گزارش بیگ بنگ، فیزیکدانان موسسه استاندارد و فناوری ایالات متحده(NIST) توانستند در سه مورد از مهمترین مقیاس‌های عملکرد ِ یک ساعت اتمی یعنی: اطمینان سیستماتیک، ثبات و تکرارپذیری، به این دستاوردها دست یابند. هر دوی این ساعت‌ها که توانستند رکورد جدیدی از خود به جای بگذارند، بر اساس اتم‌های یتربیوم کار می کنند. در هر ساعت، یک شبکه نوری ساخته ِ شده از لیزر، هزاران عدد از این اتم‌ها را بی‌حرکت نگاه می دارد. این لیزرها الکترونهای اتم‌ها را برانگیخته می کنند که بعدا به نوسان در آمده و به طور منظم بین دو حالت انرژی حرکت می نمایند.

مانند تیک تاک ساعت آنالوگ، این تغییرپذیری انرژی می تواند برای حفظ زمان به کار گرفته شود – اما نسبت به ساعت‌های آنالوگ یا حتی ساعت دیجیتال دارای دقت بیشتری خواهد بود. رکورد اخیر که در سال گذشته به دست آمد، نشان می دهد که این ساعت‌ها می توانند زمان را بدون عقب و جلو کردن حتی یک ثانیه در ۱۵ میلیارد سال نشان دهند. علاوه بر این ثانیۀ استاندارد توسط نوسانات اتم سزیم تعریف شده است. بنابراین، به شدت دقیق می باشد.

سوال این است که این سوابق جدید به چه کار می آیند؟

عدم اطمینان سیستماتیک به این معناست که آیا ساعت بر اساس نوسانات اتم‌ها زمان ِ دقیق را حفظ خواهد کرد یا خیر. هر دوی ساعت‌ها هماهنگ با فرکانس یتربیم دارای نرخ خطای ۱٫۴ قسمت در ۱۸^۱۰ بودند. پایداری اشاره به تغییر فرکانس ساعت در یک دوره زمانی خاص دارد و تغییر ساعت‌های یتربیوم فقط ۳٫۲ عدد در ۱۹^۱۰ (یا ۰٫۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۳۲۳۲) بود. در نهایت، تکرارپذیری به این امر اشاره دارد که در یک فرکانس مشابه میزان تیک تاک ساعت‌ها تا چه حد به هم نزدیک می باشد. تفاوت آنها زیر سطح ۱۸^۱۰ یا یک میلیاردم یک میلیارد بود. و این شگفت انگیز است.

لودلو یکی از محققان گفت: «تشابه این دو ساعت بی‌سابقه است و چیزی که ما آن را تکرارپذیری می نامیم از اهمیت زیادی برخوردار است چرا که می تواند دو مورد دیگر را نیز بهبود بخشد. این  حرف کاملا درست است، زیرا تکرارپذیری نشان داده که خطای کلی ساعت‌ها کمتر از مقدار توانایی کلی ما برای محاسبۀ تأثیر گرانش بر زمان، روی زمین است. در نهایت با اینکه ما رویای استفاده از چنین ساعت‌هایی را در ذهن می پرورانیم، اما باید بدانیم که، عملکرد نسبی آنها توسط اثرات گرانشی زمین محدود می شود.»

این دقت ذهنی مطمئنا برای بسیاری از ابزارها و آزمایشاتی که از ساعت‌های اتمی استفاده می کنند، مفید خواهد بود. علاوه بر این، ساعت‌های اتمی را می توان در ارتفاعات مختلف برای اندازه‌گیری میزان گرانش مورد استفاده قرار داد. این امر نشان می دهد ساعت‌های جدید میتوانند – به لحاظ نظری – برای اندازه‌گیری شکل میدان گرانشی زمین، (که میدانی است که بعنوان زمین سنجی نسبیتی شناخته میشود) مورد استفاده قرار گیرند. همچنین این ساعت‌های اتمی بسیار دقیق و حساس به گرانش، میتوانند سیگنال‌های بسیار ضعیفی از امواج گرانشی را نیز تشخیص دهند.

ترجمه: سهیلا دوست پژوه/ سایت علمی بیگ بنگ

منبع: sciencealert.com


دیدگاهتان را بنویسید

Please enter your comment!
Please enter your name here

این سایت از اکیسمت برای کاهش هرزنامه استفاده می کند. بیاموزید که چگونه اطلاعات دیدگاه های شما پردازش می‌شوند.