ساعتی که حتی در 100 میلیون سال خطا ندارد!
ساعت اتمی جدیدی با نام «NIST-F4» که توسط مؤسسه ملی استاندارد و فناوری ایالات متحده (NIST) در بولدر، کلرادو رونمایی شده، به عنوان یکی از دقیق‌ترین ابزارهای اندازه‌گیری زمان در جهان شناخته می‌شود. این دستگاه پیشرفته نه‌تنها نقطه عطفی در علم زمان‌سنجی محسوب می‌شود، بلکه استانداردهای جهانی در سنجش زمان را نیز بازتعریف کرده است. بر اساس گزارش‌ها، دقت این ساعت به حدی است که اگر از دوران دایناسورها آغاز به کار می‌کرد، امروز نیز تنها با خطای یک ثانیه ای کار خود را ادامه می‌داد. این میزان از دقت برای بشر امروز که جهان دیجیتال و ارتباطات لحظه‌ای، پایه و اساس زندگی مدرن را تشکیل می‌دهد، اهمیتی حیاتی دارد.
دستیابی به بالاترین استاندارد
موسسه ملی استاندارد و فناوری این ساعت را برای اخذ گواهی رسمی به دفتر بین‌المللی اوزان و اندازه‌گیری‌ها ارسال کرده است. گواهی که برای «استاندارد فرکانس اولیه» صادر می‌شود، تنها به دقیق‌ترین ساعت‌های اتمی جهان اختصاص دارد. در حال حاضر، کمتر از 10کشور در دنیا از چنین ساعت‌هایی برخوردارند که نشان‌دهنده سطح پیشرفت علمی و فناوری لازم برای ساخت آن‌هاست.
مکانیزم عملکرد ساعت اتمی
برخلاف ساعت‌های معمولی که مبتنی بر چرخ‌دنده‌ها یا کوارتز هستند، ساعت‌های اتمی بر پایه ارتعاشات بسیار دقیق اتم‌ها کار می‌کنند. در مدل جدید، این اتم‌ها از عنصر سزیم انتخاب شده‌اند. در فرایندی بسیار دقیق، هزاران اتم سزیم با استفاده از لیزر به دمایی نزدیک به صفر مطلق خنک می‌شوند. سپس این اتم‌ها به صورت فواره‌ای به بالا پرتاب شده و در مسیر رفت و برگشت خود از ناحیه‌ای عبور می‌کنند که امواج مایکروویو با فرکانس مشخصی تابیده می‌شود.
در این گذر، اگر فرکانس تابش با فرکانس طبیعی ارتعاش اتم‌ها هماهنگ باشد، اتم‌ها وارد حالتی پرانرژی می‌شوند. این تغییر حالت، «تیک» ساعت را تشکیل می‌دهد. جالب است بدانید این تیک دقیقاً ۹٬۱۹۲٬۶۳۱٬۷۷۰ بار در ثانیه رخ می‌دهد. با شمارش این تیک‌ها، یک «ثانیه» تعریف می‌شود و این تعریف امروزه مبنای تمامی سامانه‌های جهانی زمان‌سنجی است.
نقش کلیدی در زندگی روزمره دیجیتال
شاید بسیاری از افراد تصور کنند زمان‌سنجی تنها به تنظیم ساعت‌ها یا اعلام زنگ هشدار مربوط است، اما در واقع، نقش ساعت‌های اتمی در ساختار زندگی دیجیتال بشر بسیار فراتر است. سیستم‌های ناوبری مانند جی پی اس، تراکنش‌های مالی الکترونیکی، تبادل اطلاعات در مراکز داده و حتی عملکرد دقیق شبکه‌های مخابراتی همگی به زمان‌بندی دقیق متکی هستند.
ساخت این ساعت پروژه‌ای یک‌شبه نبوده است. این ساعت نسخه پیشرفته‌تری از ساعت قبلی است که در اواخر دهه ۱۹۹۰ ساخته شد. پس از آن‌که در سال ۲۰۱۶ تغییری در موقعیت جغرافیایی آن به کاهش دقت منجر شد، دانشمندان تصمیم به بازسازی کامل بخش کلیدی آن یعنی حفره مایکروویو گرفتند. در این مسیر، کوچک‌ترین اجزای سیستم از جمله سیم‌پیچ‌های مغناطیسی و بخش‌های نوری بازطراحی شد. نتایج این بازسازی به دقت‌هایی در حد یک‌پنجم عرض تار موی انسان منجر شد که بیانگر ظرافت و حساسیت بالای فرایند طراحی است.