140 مليون سنة ثورة الساعة الذرية في 1 ثانية

تعتمد ساعة نافورة السيزيوم هذه، التي تسمىNIST-F4، على حركات ذرات السيزيوم التي ترتفع وتنخفض تحت إشعاع الموجات الدقيقة. ووفقًا للعلماء، إذا كانت هذه الساعة قد بدأت تدق قبل 100 مليون سنة، عندما كانت الديناصورات تعيش، فإنها اليوم لن تنحرف إلا بأقل من ثانية واحدة.

نُشرت تفاصيل النظام الجديد في المجلة العلمية Metrologia. بدأ العمل بنظام NIST-F4 اعتبارًا من أبريل 2025، ويخضع لعملية الموافقة على إدراجه في نظام التوقيت العالمي المنسق (UTC). هناك ما يقرب من 450 ساعة حول العالم تحدد التوقيت العالمي المنسق (UTC).

وذكرت ليز دونلي، رئيسة قسم الوقت والترددات في المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا، أن هذه الإشارات تُستخدم مليارات المرات في الحياة اليومية. وقالت دونلي إن الساعات تلعب دورًا حاسمًا ليس فقط في ضبط الساعات، ولكن أيضًا في ختم تريليونات الدولارات من المعاملات المالية الإلكترونية التي تبلغ قيمتها تريليونات الدولارات.

ساعةNIST-F4 هي ساعة نافورة تتكون من آلاف ذرات السيزيوم المبردة إلى ما يقرب من الصفر المطلق بواسطة الليزر. يتم إطلاق الذرات لأعلى بواسطة شعاعي ليزر، ثم يتم تعريضها لإشعاع الموجات الدقيقة أثناء سقوطها تحت ثقلها. وتشكل حقيقة أن الذرات تهتز 9,192,631,770 مرة في الثانية الواحدة في هذه العملية التعريف الدولي للثانية.

لكن جعل هذه العملية موثوقة ليس بالأمر السهل. كان على العلماء أن يأخذوا في الاعتبار جميع أنواع مصادر التشويش الصغيرة التي يمكن أن تؤثر على اهتزازات الذرات. وتشمل هذه المصادر التفاعلات الكمومية وتسريبات الموجات الدقيقة واضطرابات المجالات الكهرومغناطيسية الناتجة عن أشعة الليزر.

بدأ فريق NIST العمل على هذه الساعة في عام 2020. وبعد أن تم إيقاف تشغيل أول ساعة نافورة تابعة للمؤسسة، NIST-F1، لترميمها، تم بناء تجويف الموجات الدقيقة لنظام الجيل التالي من الصفر.

وأشار فلاديسلاف جيرجينوف، عالم فيزيائي في المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا والكاتب الأول للدراسة، إلى أن عملية تقييم هذه الساعات يجب أن تتم ببطء شديد وبدقة متناهية. وقد تمكن الفريق من تقليل عدم اليقين المنهجي إلى 2.2×10-¹¹⁶. وهذا يعني أن الساعة تفقد ثانية واحدة فقط في حوالي 140 مليون سنة.

وستعملساعة NIST-F4 بالتزامن مع سابقتها NIST-F3. وستكون الساعة الجديدة نشطة حوالي 90 في المائة من الوقت، مما يضمن تشغيل ساعة واحدة على الأقل على الدوام. وستُرسل البيانات من كلتا الساعتين بانتظام إلى المكتب الدولي للمعايير والمقاييس الفلكية لمعايرة التوقيت العالمي المنسق.