ساعت‌های نوری اتمی فوق‌العاده دقیق می‌توانند به ما در تعریف مجدد طول یک ثانیه کمک کنند

ساعت‌های نوری اتمی فوق‌العاده دقیق می‌توانند به ما در تعریف مجدد طول یک ثانیه کمک کنند

تعریف ثانیه، اساسی‌ترین واحد زمان در سیستم اندازه گیری فعلی ما، بیش از ۷۰ سال است که به روز نشده است (میلیاردم ثانیه بدهید یا بگیرید).

 

اما در حدود یک دهه آینده، این ممکن است تغییر کند: ساعت‌های نوری اتمی فوق‌العاده دقیق که به نور مرئی متکی هستند، در مسیر تعیین تعریف جدیدی از ثانیه هستند.

این نسخه‌های جدیدتر ساعت اتمی، حداقل در تئوری، بسیار دقیق‌تر از ساعت سزیمی استاندارد طلایی هستند که یک ثانیه را بر اساس نوسان سزیم اندازه‌گیری می‌کند اتم‌ها وقتی در معرض مایکروویو.

“شما می توانید آن را معادل داشتن یک خط کش با علامت تیک در هر میلی متر در نظر بگیرید، برخلاف چوبی که فقط ۱ متر اندازه دارد.” جفری شرمن، محقق مؤسسه ملی استانداردها و فناوری بخش زمان و فرکانس در بولدر، کلرادو، به Live Science گفت.

در ماه ژوئن، دفتر بین‌المللی وزن‌ها و اندازه‌ها ممکن است معیارهای مورد نیاز برای هر موردی را منتشر کند. تعریف آینده یون دوم، نیویورک تایمز گزارش داد . تا کنون، هیچ ساعت نوری به تنهایی برای پرایم تایم آماده نشده است. شرمن گفت:

اما به گفته شرمن، تعریف جدیدی می‌تواند به‌طور رسمی تا سال ۲۰۳۰ تأیید شود.

نوع جدید ساعت نوری می‌تواند به رفع نقاب ماده تاریک، ماده نامرئی که کشش گرانشی را اعمال می کند. یا بقایای بیگ بنگ به نام امواج گرانشی، امواج در فضا-زمان که توسط نظریه نسبیت انیشتین پیش‌بینی شده است.

 

بنیادی واحد اندازه گیری

ثانیه استاندارد کنونی بر اساس آزمایشی در سال ۱۹۵۷ با یک ایزوتوپ یا گونه ای از سزیم است. وقتی با طول موج خاصی از انرژی مایکروویو پالس می‌شود، اتم‌های سزیم در بیشترین حالت “تحریک” خود قرار می‌گیرند و بیشترین تعداد ممکن فوتون یا واحد نور را آزاد می‌کنند.

این طول موج، که فرکانس تشدید طبیعی نامیده می‌شود. سزیم، باعث می شود اتم های سزیم ۹,۱۹۲,۶۳۱,۷۷۰ بار در هر ثانیه “تیک” بزنند.

این تعریف اولیه از ثانیه در سال ۱۹۵۷ به طول یک روز مرتبط بود – و به نوبه خود با چیزهای متغیر مرتبط بود. مانند چرخش زمین و موقعیت سایر اجرام آسمانی در آن زمان، طبق گزارش نیویورک تایمز.

در مقابل، ساعت‌های اتمی نوری نوسان اتم‌هایی را اندازه‌گیری می‌کنند که بسیار سریع‌تر از اتم‌های سزیم وقتی با نور برخورد می‌کنند، “تیک” می‌کنند. در محدوده قابل مشاهده الکترومغناطیس طیف c. از آنجایی که آنها می‌توانند خیلی سریع‌تر علامت بزنند، در تئوری می‌توانند ثانیه‌ای را با وضوح بسیار دقیق‌تر تعریف کنند.

مقابله‌های متعددی برای جایگزینی سزیم به عنوان زمان‌سنج حاکم وجود دارد، از جمله استرانسیوم، ایتربیوم، و آلومینیوم. شرمن گفت که هر کدام مزایا و معایب خود را دارند.

 

برای دستیابی به چنین ساعت هایی، محققان باید اتم ها را به حالت تعلیق درآورند و سپس تا حدود یک موی صفر مطلق سرد کنند، سپس آنها را با ضربان قلب تپش دهند. رنگ دقیق نور مرئی که برای تحریک حداکثری اتم ها مورد نیاز است.

یک قسمت از سیستم نور را به اتم ها می تابد و قسمت دیگر نوسانات را محاسبه می کند.

اما برخی از شرمن گفت، بزرگ‌ترین چالش‌ها ناشی از اطمینان از اینکه لیزر دقیقاً رنگ درست نور را ساطع می‌کند – مثلاً سایه مشخصی از آبی یا قرمز – لازم است تا اتم‌ها را به فرکانس تشدیدشان هدایت کند.

دوم. شرمن گفت: مرحله – برای شمارش نوسانات – به یک شانه فرکانس لیزری به اصطلاح فمتوثانیه نیاز دارد که پالس های نور را در فواصل بسیار کوچک ارسال می کند.

هر دو عنصر شاهکارهای مهندسی فوق العاده پیچیده ای هستند و می توانند یک سرعت را به خود اختصاص دهند. شرمن گفت که کل اتاق آزمایشگاه به تنهایی.

استفاده از ساعت های نوری

پس چرا دانشمندان این کار را انجام می دهند. آیا ساعت‌های اتمی دقیق‌تر برای اندازه‌گیری ثانیه هستند؟ این فقط یک تمرین آکادمیک نیست.

زمان به سادگی به طبل خود نمی‌رود. نظریه نسبیت انیشتین می‌گوید که توسط جرم و گرانش.

/

در نتیجه، زمان ممکن است در سطح دریا، جایی که میدان گرانشی زمین قوی‌تر است، بی‌نهایت کندتر از قله کوه اورست، جایی که همیشه بسیار ضعیف‌تر است، حرکت کند.

تشخیص این تغییرات جزئی در جریان زمان همچنین می‌تواند شواهدی از فیزیک جدید را نشان دهد.

به عنوان مثال، ماده تاریکتاکنون تنها در رقص دور کهکشان‌هایی که دور یکدیگر می‌چرخند، از خم شدن نور به دور سیارات و ستارگان، شناسایی شده است. و از نور باقیمانده از بیگ بنگ.

اما اگر توده‌های ماده تاریک نزدیک‌تر به خانه کمین کنند، ساعت‌های بسیار دقیقی که کند شدن زمان را تشخیص می‌دهند می‌توانند آنها را پیدا کنند.

به طور مشابه، همانطور که امواج گرانشی بافت فضا-زمان را تکان می دهند، زمان را منقبض و کش می دهند. برخی از بزرگترین امواج گرانشی توسط رصدخانه امواج گرانشی تداخل سنج لیزری، یک مسابقه رله ای چند هزار مایلی برای نور که تابش در فضا-زمان ایجاد شده توسط رویدادهای فاجعه آمیز مانند سیاه چاله.

اما یک گردان از ساعت‌های اتمی در فضا می‌توانند این موارد را شناسایی کنند اتساع زمان برای امواج گرانشی بسیار کندتر، مانند امواج گرانشی پس زمینه مایکروویو کیهانی.

“آنها” شرمن گفت: امواج گرانشی به اصطلاح اولیه که ممکن است بقایای انفجار بزرگ باشند.

مطالب مرتبط:

آزمایش‌های ساعت اتمی بسیار دقیق پیش‌بینی‌های انیشتین در مورد زمان را تأیید می‌کنند

‘عملیات شبح آور در فاصله” می تواند یک ساعت تقریباً عالی ایجاد کند

آشکارساز موج گرانشی جدید کشف می شود سیگنال احتمالی از آغاز زمان

این مقاله در اصل توسط Live Science منتشر شده است . مقاله اصلی را اینجا بخوانید.

برچسب‌ها:

نظرات کاربران

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد.