جالب‌ترین و دقیق‌ترین ساعت دیجیتال جهان

ساعت NIST-F2، دقیق‌ترین ساعت اتمی جهان است. استیون جفیتس، طراح اصلی این ساعت است که در این خصوص اطلاعاتی را به ما می‌دهد.

در روز 3 آوریل دانشمندان ایالات متحده اعلام کردند که دقیق‌ترین ساعت اتمی جهان را راه اندازی کرده‌اند. این ساعت سه برابر بهتر و دقیق تر از ساعت‌های قبلی بود که تابحال در ایالات متحده ساخته شده است. این ساعت جدید به نام NIST-F2 شناخته می‌شود و تا حدود یک میلیون بار دقیق تر از ساعت‌های اتمی اولیه، ساخته شده در سال 1955 می‌باشد.

این ساعت جدید، نام خود را از جایی که ساخته شده است، یعنی در موسسه ملی استاندارد و فناوری یا NIST در Boulder Colo گرفته است.

توماس اوبرین می‌گوید: در واقع F2 واقعا یک ساعت نیست، او که در بخش زمان و فرکانس NIST فعالیت می‌کند و F2 را توسعه می‌دهد، توضیح می‌دهد: این یک ساعت معمولی مانند ساعت‌هایی که زمان را در طول روز نشان می‌دهند، نیست. اما این امر اهمیت F2 را کاهش نمی‌دهد.

F2 یک دستگاه بزرگ است که حدود یک تن وزن دارد و مانند سایر ساعت‌های اتمی خیلی سنگین است. در سال 2004، NIST نخستین ساعت اتمی جهان را ساخت که به اندازه کافی کوچک بود تا بر روی یک تراشه کامپیوتر قرار بگیرد. در حالی که این ساعت جدید تقریبا به اندازه F2 دقیق نیست، اما ارزان است، اگرچه که قدرت اجرایی کمتری دارد و کوچکتر از یک دانه برنج است.

ساعت‌های اتمی مانند F2 طول دقیق یک ثانیه را تعیین می‌کنند. بسیاری از دستگاه‌های معمولی، از جمله رایانه‌ها و گیرنده‌های ماهواره‌ای GPS که سیستم نیروی برق را در سراسر کشور انتقال می‌دهند، به دقت بالای ساعت‌های اتمی برای هماهنگ کردن فعالیت‌هایشان نیازمند هستند. بعضی از ساعت‌های دست ساز حتی برای تخمین زمان دقیق، از ساعت‌های اتمی استفاده می‌کنند.

برای تعیین زمان دقیق، NIST از 10 ساعت اتمی تجاری استفاده می‌کند. آنها به نوعی هستند که هر شرکتی که عملیات آن مستلزم زمان بندی دقیق باشد، می‌تواند مشتری این محصول باشد. (به عنوان مثال، معدنچیان یا غواصان در حال کار در خارج از سطح زمین و دسترسی به داده‌های ماهواره‌ای بر حسب سیگنال‌های زمان، می‌توانند فعالیت دقیق و هماهنگ را انجام دهند و شرکت‌هایی که پیام‌های تلفنی را مخابره می‌کنند نباید نگران باشند که دسترسی به سیگنال‌های مورد استفاده برای هماهنگ کردن ردیابی پیام را از دست می‌دهند.

در حالی که دقت ساعت‌های تجاری NIST فوق العاده است، هیچ کدام از آنها نمی‌توانند با F2 و یا نسل قبلی خود، F1 مقایسه شوند. این ساعت و در حال حاضر F2، استانداردهایی را برای تمام ساعت‌های دیگر تنظیم می‌کنند. بنابراین شما ممکن است از آنها بعنوان ابر قدرت دیگر ساعت‌ها و ساعت‌های اتمی استفاده کنید که در واقع زمان را اندازه گیری می‌کنند.

ساعت‌ها نیاز به یک ابر قدرت دارند به عنوان مثال، ساعت‌های نگهدارنده ممکن است باتری تمام کنند یا چرخ‌های عقربه گردانشان می‌توانند دقت خود را از دست بدهند در حالیکه ساعت‌های اتمی دقیق‌تر هستند.

با مقایسه اینکه چگونه هر یک از این ساعت‌های اتمی دقیق نسبت به F1 یا F2 مقایسه می‌شوند، NIST می‌تواند چگونگی سرعت و زمان کند شدن سایر شمارنده‌های زمان را تعیین کند. سپس می‌تواند زمان ارسال گزارش را تنظیم کند.

ساعت‌های رسمی NIST برای بازنشانی زمان (هماهنگ سازی) بین دستگاه‌ها، برای شرکت‌ها و مردم استفاده می‌شود. به طوری که هر تلفن همراه به طور آنلاین می‌داند که در چه زمانی است، حتی زمانی که صاحب آن از یک منطقه زمانی به منطقه دیگری حرکت می‌کند. در اوایل سال جاری، NIST گزارش داده است که هر روز فقط 8 میلیارد درخواست خودکار برای همگام سازی ساعت‌ها در رایانه‌ها و دستگاه‌های متصل به شبکه دریافت می‌کند. دانشمندان NIST اعتراف می‌کنند که F2 بیشتر شبیه به یک آزمایش علمی است تا یک ساعت.
دانشمندان NIST اعتراف می‌کنند که F2 بیشتر شبیه به یک آزمایش علمی است تا یک ساعت.

NIST با تکیه بر خنک کننده‌های لیزری

F2 نه تنها مانند یک ساعت استاندارد کار نمی‌کند، بلکه اینگونه نیز به نظر نمی‌رسد. حتی یک صفحه دیجیتال نیز ندارد. اوباریان می‌گوید: برای هر کسی که در اتاق قرار دارد، و این دستگاه جدید را مشاهده می‌کند، احتمالا آخرین چیزی که در جهان می‌تواند حدس بزد این است که این دستگاه یک ساعت است، زیرا واقعا به نظر می‌رسد که یک آزمایش علمی است تا یک ساعت.

ساعت‌های اتمی مبتنی بر سزیم از اواسط دهه 1950 تا کنون مورد ساخت و آزمایش بوده است. دانشمندان مدت زمان یک ثانیه را بر اساس اتم‌های سزیم، از سال 1967 تعریف کرده‌اند. این زمانی بود که در کنفرانس عمومی وزن و اندازه، گروه بین المللی که علامت‌های رسمی مقادیر مانند یک کیلوگرم یا متر را تعیین می‌کنند، تعریف زمان را تغییر دادند.

دانشمندانی که ساعت NIST را در دستگاه F2 جدید ساخته‌اند، اتم‌های سزیم را تحریک می‌کنند و سپس نور را از آنها می‌گیرند. برای انجام این کار، F2 شرایطی را ایجاد می‌کند که دانشمندان به نام ملاس نوری می‌شناسند. (ملاس یک شیرین کننده مایع با گرانروی بالا و خالص است).

لیزرها چگونه "ملاس نوری" را تولید می‌کنند

شش لیزر نور خود را از قسمت خلاء ساعت به جهت‌های مختلف (بالا، پایین و چهار طرف) پرتاب می‌کنند. این پرتوها در همان نقطه در لوله قرار می‌گیرند. هر اتم سزیم که از طریق آن نقطه حرکت داده می‌شود، گرفتار می‌شود. اوباریان توضیح می‌دهد: از آنجا که حرکت اتمی به درجه حرارت مربوط است، این اتم‌ها ناگهان متوقف شده و در این حالت، درجه حرارت تنها یک میلیون درجه از درجه صفر مطلق فاصله دارد. هنگامی که دستگاه آن اتم‌های سرد را به دام می‌اندازد، اندازه گیری می‌تواند آغاز شود.

یک فیزیکدان که بر روی نسل بعدی ساعت‌های اتمی مبتنی بر استرانسیوم در موسسه مشترک بین NIST و دانشگاه کلرادو، بولدر کار می‌کند می‌گوید که این ساعت‌ها می‌توانند در اندازه گیری زمان حداقل 100 بار دقیق تر از F2 باشند. از آنجا که ساعتهای نوری دارای میزان دقت بسیار کمتری نسبت به ساعت سزیوم هستند، می‌توان آنها را تا 1000 برابر دقیق تر دانست.

منبع: ساینس نیوز فور استیودنتس