دهههاست که ساعتهای اتمی ستون فقرات تعریف ثانیه و زیربنای سیستمهای حساس ناوبری و مخابرات جهانی هستند. اکنون دانشمندان سنگاپوری با عبور از استانداردهای قدیمی، نوع جدیدی از این ساعتها را معرفی کردهاند که دقت زمانسنجی را به سطحی بیسابقه میبرد. این دستاورد حاصل پژوهشهای گسترده روی عناصر نادر است تا خطاهای محیطی در اندازهگیری زمان به حداقل برسد.
فراتر از سزیم؛ لوتتیوم چگونه زمان را میسنجد
در ساعتهای اتمی اپتیکال، الکترونها نقش آونگ را ایفا میکنند. این الکترونها با جذب مقادیر مشخصی از انرژی، بین حالتهای کوانتومی با فرکانسی بسیار پایدار نوسان میکنند. در حالی که عنصر «سزیم» سالها استاندارد طلایی این فناوری بود، لوتتیوم ویژگیهای فیزیکی متفاوتی دارد که آن را به گزینهای برتر تبدیل میکند.
مورای بارت، فیزیکدان دانشگاه ملی سنگاپور، تأکید میکند که این دستگاه در حال حاضر دقیقترین ساعت جهان است. برتری لوتتیوم در چندین مورد کلیدی نهفته است:
- جرم اتمی بالا:لوتتیوم با جرم اتمی ۷۱، عنصری سنگین است که نوسانات ناخواسته را به شدت کاهش میدهد.
- مقاومت محیطی:این عنصر در برابر تابشهای حرارتی و تغییرات میدانهای مغناطیسی واکنش اندکی نشان میدهد و همین امر باعث میشود خطاهای ناشی از محیط اطراف به کمترین میزان ممکن برسد.
- سرعت عملیاتی:لوتتیوم با نرخی حدود ۱۰ هزار برابر سریعتر از سزیم عمل میکند.
تأثیر بر استانداردهای جهانی زمان
دستیابی به این سطح از دقت، تنها یک موفقیت آزمایشگاهی نیست، بلکه ابزاری برای بازنگری در تعاریف جهانی زمان است. لوتتیوم به دلیل پایداری بالا، اجازه میدهد در طیف وسیعی از محیطها، دقت زمانسنجی حفظ شود. این ویژگی برای سیستمهای ناوبری که به دقت میلیثانیهای وابسته هستند، تحولی بنیادین ایجاد میکند.
تیم تحقیقاتی به سرپرستی مورای بارت، بیش از یک دهه روی خواص زمانسنجی لوتتیوم متمرکز بودند تا بتوانند توازن میان سرعت نوسان و پایداری کوانتومی را پیدا کنند. نتیجه این تلاش، ساعتی است که نه تنها رکوردهای فعلی را جابهجا کرده، بلکه مسیر را برای نسل جدیدی از ابزارهای اندازهگیری در مقیاسهای ظریف فیزیکی هموار میکند.