دانشمندان پس از دههها تلاش موفق شدند نخستین ساعتهای هستهای جهان را بسازند؛ دستاوردی که میتواند فصل تازهای در علم زمانسنجی، ناوبری پیشرفته و تحقیقات بنیادی فیزیک رقم بزند. دو گروه تحقیقاتی مستقل در چین و اروپا بهطور جداگانه موفق شدهاند ساعتهایی بسازند که به جای استفاده از الکترونهای اتم، از هسته اتم برای اندازهگیری زمان بهره میبرند.
ساعتهای اتمی فعلی دقیقترین ابزارهای اندازهگیری زمان در جهان محسوب میشوند و عملکرد آنها بر پایه تغییرات انرژی الکترونهای اتم است. اما ساعتهای هستهای از انتقالهای انرژی درون هسته اتم استفاده میکنند؛ بخشی که نسبت به عوامل محیطی مانند میدانهای الکتریکی و مغناطیسی بسیار مقاومتر است. همین ویژگی میتواند در آینده دقت این ساعتها را فراتر از بهترین ساعتهای اتمی کنونی برساند.
در این پروژه از ایزوتوپ خاصی به نام توریوم-۲۲۹ (Thorium-229) استفاده شده است. این ایزوتوپ تنها هسته شناختهشدهای است که میتوان گذار انرژی آن را با لیزرهای فرابنفش کنترل کرد و به همین دلیل سالها به عنوان بهترین گزینه برای ساخت ساعت هستهای شناخته میشد.
پژوهشگران توانستهاند یک لیزر فرابنفش بسیار دقیق را به گذار هستهای توریوم-۲۲۹ متصل کنند و برای نخستین بار یک مرجع زمانی مبتنی بر هسته اتم ایجاد کنند. اگرچه این نمونههای اولیه هنوز از پیشرفتهترین ساعتهای نوری موجود دقیقتر نیستند، اما ثابت کردهاند که فناوری ساعت هستهای عملاً قابل اجرا است.
کاربردهای احتمالی این فناوری فراتر از زمانسنجی است. دانشمندان معتقدند ساعتهای هستهای میتوانند در جستوجوی ماده تاریک، آزمایش نظریههای بنیادی فیزیک، اندازهگیری دقیقتر میدانهای گرانشی و توسعه سامانههای ناوبری مستقل از GPS نقش مهمی ایفا کنند. همچنین این فناوری میتواند در مأموریتهای فضایی دوردست، زیردریاییها و محیطهایی که دسترسی به GPS ممکن نیست، کاربرد داشته باشد.
ساخت نخستین ساعت هستهای را میتوان یکی از مهمترین دستاوردهای فیزیک کاربردی در سالهای اخیر دانست. همانطور که ساعتهای اتمی زمینهساز فناوریهایی مانند GPS، اینترنت و شبکههای مخابراتی مدرن شدند، ساعتهای هستهای نیز ممکن است نسل بعدی فناوریهای موقعیتیابی و ارتباطی را شکل دهند.
اهمیت این دستاورد تنها به دقت بیشتر محدود نمیشود. هسته اتم محیطی بسیار پایدارتر از الکترونها دارد و همین موضوع میتواند ابزارهای اندازهگیری بیسابقهای برای مطالعه ساختار جهان، تغییرات احتمالی ثابتهای بنیادی طبیعت و حتی کشف نشانههای ماده تاریک فراهم کند.
اگرچه هنوز چند سال تا تجاریسازی یا استفاده گسترده از ساعتهای هستهای فاصله داریم، اما موفقیت فعلی نشان میدهد رؤیایی که بیش از دو دهه در جامعه فیزیک دنبال میشد، اکنون به واقعیت تبدیل شده است. این فناوری میتواند در آینده همان نقشی را ایفا کند که ساعتهای اتمی در تحول فناوریهای قرن بیستم و بیستویکم داشتند.
