در تحولی بنیادین برای دنیای فیزیک و متولوژی، محققان در وین و پکن موفق شدند برای نخستین بار ساعت‌های هسته‌ای عملیاتی مبتنی بر نوسانات هسته اتم «توریم-۲۲۹» را توسعه دهند. این دستاورد علمی که نتایج آن در پاییز ۱۴۰۳ (اکتبر ۲۰۲۶) در مجله معتبر Nature منتشر شده است، نشان‌دهنده گذار از ساعت‌های اتمی سنتی به ابزارهایی با پایداری هسته‌ای است که نویدبخش دقت‌های فراتر از استانداردهای کنونی در آینده‌ای نزدیک هستند.
تفاوت بنیادین: ساعت‌های اتمی در برابر ساعت‌های هسته‌ای
ساعت‌های اتمی فعلی که مبنای اصلی زیرساخت‌های حیاتی مانند سامانه موقعیت‌یاب جهانی (GPS) و تعیین دقیق ثانیه هستند، بر پایه نوسانات الکترون‌ها در لایه‌های بیرونی اتم کار می‌کنند. این ساعت‌ها بسیار دقیق هستند، اما حساسیت الکترون‌ها به تداخلات محیطی و میدان‌های الکترومغناطیسی خارجی، محدودیت‌هایی را برای آن‌ها ایجاد می‌کند.
در مقابل، ساعت‌های هسته‌ای از نوسانات داخل هسته اتم استفاده می‌کنند. هسته اتم به‌مراتب فشرده‌تر و ایزوله‌تر از لایه‌های الکترونی است. این ویژگی باعث می‌شود که ساعت‌های هسته‌ای به‌طور ذاتی در برابر نویزهای محیطی مصون‌تر باشند. به‌طور مشخص، محققان از ایزوتوپ توریم-۲۲۹ استفاده کرده‌اند که دارای یک «گذار هسته‌ای» با انرژی بسیار پایین است؛ ویژگی منحصربه‌فردی که امکان تحریک آن را با لیزرهای نوری فراهم می‌کند.
عملکرد و دقت کنونی
اگرچه ساعت‌های هسته‌ای فعلی هنوز در حال گذراندن دوران نوزادی خود هستند و نمی‌توانند رکورد دقیق‌ترین ساعت‌های اتمی جهان را که قادرند تا ۱۰۰ میلیارد سال بدون خطا کار کنند بشکنند، اما این فناوری جدید در همین مرحله نخست، دقتی را ارائه داده است که تنها یک ثانیه خطا در طول میلیون‌ها سال خواهد داشت. این میزان دقت، نقطه شروع بسیار قدرتمندی برای فناوری است که پتانسیل تجاری‌سازی و کوچک‌سازی (Portability) بسیار بالاتری نسبت به سیستم‌های پیچیده اتمی فعلی دارد.
کاربردهای استراتژیک و علم فیزیک بنیادی
مشخصات و پتانسیل‌های فنی
- عنصر فعال: هسته توریم-۲۲۹ (Thorium-229).
- مکانیزم تحریک: استفاده از لیزرهای نوری برای انتقال انرژی به هسته.
- مزیت رقابتی: پایداری بالاتر در برابر نویزهای محیطی (EM Interference).
- کاربرد نوین: شناسایی نوسانات غیرعادی برای ردیابی ماده تاریک (Dark Matter).
یکی از هیجان‌انگیزترین جنبه‌های این فناوری، توانایی آن در کشف ناشناخته‌های کیهان است. از آنجا که این ساعت‌ها نوسانات بسیار پایداری دارند، هرگونه تغییر کوچک در نرخ تیک‌تاک آن‌ها می‌تواند نشانه عبور ذرات ماده تاریک از میان هسته توریم باشد. به عبارت دیگر، این ساعت‌ها نه تنها زمان را نگه می‌دارند، بلکه به ابزاری برای مشاهده بخش ۸۳ درصدی از ماده تشکیل‌دهنده جهان تبدیل می‌شوند که تاکنون به روش‌های مرسوم غیرقابل رویت بوده‌اند.
چالش‌ها و مسیر پیش رو
با وجود موفقیت در ساخت نمونه‌های اولیه، چالش‌های مهندسی بزرگی باقی مانده است. انتقال از آزمایشگاه به محیط‌های صنعتی نیازمند تثبیت لیزرهای نوری با دقت نانومتر و سیستم‌های کنترل حرارتی فوق‌دقیق است. با این حال، با توجه به قابلیت کوچک‌سازی این فناوری، می‌توان انتظار داشت در دهه‌های آینده، ساعت‌های هسته‌ای به جای اتاق‌های ایزوله، در دستگاه‌های قابل حمل یا سیستم‌های ناوبری فوق‌پیشرفته جاسازی شوند.
