"الإشعاع الفائق" قد يحلّ مشاكل الدقة في الساعات الذرية

الساعة الذرية آلة معقدة يصعب بناؤها. يجب أن نحصل على مجموعة ذرات (مثل السترونتيوم، مع أن السيزيوم والإيتربيوم يُعتبران من الخيارات الشائعة أيضاً)، ونُخضِعها لظروف محددة لحبسها في مكانها وقياس ذبذباتها.

يتشكّل السترونتيوم في فرن يتولى تسخين كتلة صلبة منه لإنتاج البخار. ثم تُقذَف تلك الذرات من الفرن وتتباطأ وتبرد إلى أن تصل إلى 273 درجة مئوية تحت الصفر داخل حجرة فراغية.

تُعتبر الساعات الذرية دقيقة جداً، لكن تم الإعلان عن أدق ساعة من هذا النوع قبل شهر، وهي عبارة عن ساعة مصنوعة من عنصر السترونتيوم ويمكنها أن تدوم طوال 40 مليار سنة من دون أن تخسر الوقت.

قد يظن البعض أن تحسين مستوى دقتها غير مبرر، لكن يبقى ضبط الوقت بدقة مفيداً للغاية في تطبيقات متنوعة مثل قياس العالم المحسوس، والملاحة، واختبارات النسبية.

أراد الباحثون أن يعثروا على طريقة لبناء ساعة ذرية لا تخسر الذرات، فقرروا اللجوء إلى ظاهرة «الإشعاع الفائق» لتحقيق هذا الهدف. تبدأ هذه المرحلة حين تقوم مجموعة من الذرات المستحثة بتنسيق عملية فصل الشحنات، التي تبث جماعياً نبضاً قصيراً وقوياً من الضوء الذي يكون مصطفاً على نحو مثالي، ويمكن قياسها بدقة عالية.

تُستعمل المرايا لجعل الذرات تتصرف وكأنها وحدة فردية. لكنها تبث جماعياً إشارة ضوئية قوية يمكن استعمالها لقراءة الحالة الذرية، وهي خطوة أساسية لقياس الوقت. تقوم هذه الأداة بتسخين الذرات بالحد الأدنى، ما يعني أن تكتمل هذه العملية كلها من دون استبدال الذرات. قد تسمح هذه الميزة بزيادة دقة القياس.

حتى الآن، أصبحت التطورات التي يحرزها الباحثون في مرحلة إثبات المفهوم الجديد. تكشف التجارب أنها عملية ممكنة، لكنها تحتاج إلى التعديل والتطوير لأخذ علم قياس الوقت في اتجاه جديد وبالغ الدقة.

في النهاية، يستنتج الباحثون: «تهدف مقاربتنا المبتكرة إلى قراءة الحالة الذرية التي تتّسم بسرعتها، وبساطتها، وانبعاثها الاتجاهي لفوتونات الإشارات. يمكن تطبيق المنافع الفورية التي تعطيها هذه المقاربة مع أي جهاز استشعار كمّي يتّكل على مختلف قراءات الحالات الكمّية».