ثورة في قياس الزمن.. علماء بالنمسا والصين يصنعون أول ساعتين نوويتين

ويمثل الجهازان الجيل التالي من الساعات الذرية، وهي أجهزة قياس وقت فائقة الدقة ابتُكرت لأول مرة في 1949، وعرض كل فريق بحثي تفاصيل إنجازه، الأربعاء، في الورقة العلمية الدورية "نيتشر"، حيث قالا إن الساعات النووية لديها القدرة على التفوق في الأداء على أفضل الساعات الذرية التقليدية، لكنها لم تصل إلى ذلك بعد.

ويطلق عليها اسم الساعات النووية ليس لأنها تعمل بالاندماج أو الانشطار النووي، كما قد يظن الشخص العادي، وإنما لأن الوقت يحسب من خلال مراقبة كيفية تفاعل الضوء - المتمثل في شعاع ليزر عالي القدرة - مع نواة الذرة. وتعتمد الساعتان النوويتان على نوع من عنصر الثوريوم يسمى "الثوريوم-229"، داخل بلورات فلوريد الكالسيوم الصلبة.

تقيس الساعات الذرية التقليدية الوقت باستخدام الليزر أو الموجات الدقيقة لجعل الجسيمات دون الذرية، التي تعرف بالإلكترونات، تقفز ذهاباً وإياباً بين مستويين من الطاقة في غلاف الذرة، باستخدام عناصر مثل السيزيوم أو السترونتيوم. أما الساعات النووية الجديدة تقيس الوقت باستخدام الليزر لجعل الجسيمات دون الذرية، التي تعرف بالبروتونات والنيوترونات، تقفز ذهاباً وإياباً بين مستويات الطاقة داخل نواة الذرة، وهي في هذه الحالة "الثوريوم-229".

وتكمن الفكرة في أن تتبع هذه الانتقالات داخل نواة الذرة قد يحقق مستويات دقة أعلى حتى من تتبعها في الإلكترونات، لأن نواة الذرة أصغر بكثير من الغلاف المحيط بها، الذي يحوي الإلكترونات.

حلم نصف قرن تحقق

وقال عالم الفيزياء شي تشيان دينغ، من جامعة تسينغهوا في الصين، الذي ساعد في قيادة الفريق المسؤول عن ساعة بكين: "عمل الفريقان على نحو مستقل وتوصلا في الوقت نفسه إلى ساعتين نوويتين تعملان بالثوريوم-229، باستخدام مناهج تجريبية مختلفة.. أعتقد أن هذا أمر مشجع للغاية".

أما الفيزيائي ثورستن شوم، من جامعة فيينا التقنية في النمسا، والذي ساعد في قيادة الفريق المسؤول عن ساعة فيينا، قال: "كان صناعة ساعة نووية حلماً راود الفيزيائيين منذ قرابة 50 عاماً. وفي فريقي، كنا نعمل على تحقيق هذا الهدف منذ 2008".

وأضاف شوم أنه يتصور استخدامات للساعات النووية في مجالات مثل الملاحة عبر الأقمار الصناعية ومزامنة نقل البيانات والمسح وعلم القياس، وهو دراسة القياس وتطبيقاته العملية.

إتقان التكنولوجيا

قال شوم إن الساعة النووية لا تزال "بعيدة عن الأداء المستهدف"، إذ يسعى الباحثون إلى إتقان هذه التكنولوجيا.

وأضاف: "ما يبعث على التفاؤل حقاً أن ساعة فيينا تحتوي على بلورات ثوريوم أفضل قليلاً- بتركيز أعلى وخصائص بصرية أفضل- بينما لدى فريق بكين ليزر أقوى. لذا، بمجرد الجمع بين هذه المكونات، يمكننا تصميم ساعة أفضل بكثير".