تحقيق مسبار
خلال الوقت الراهن يقوم العلماء المختصون في الفيزياء بتطوير الساعة النووية، التي تتمتع بدقة مرتفعة مقارنةً بغيرها من الساعات الأخرى، ويشمل ذلك الساعة الذرية وغيرها من أنواع الساعات التي يتم استخدامها حاليًا. ولم يتم إنتاج أي من الساعات النووية للمستخدمين النهائيين -في المجالات والحقول المختلفة- حتى الآن.
ما هي الساعات النووية؟
عند البحث ما هي الساعات النووية يتضح بأنها ساعات تعتمد على بعض التغيرات التي تحدث داخل النواة في تحديد الوقت، وهو ما يجعلها أكثر دقة مقارنة بالساعات الذرية، التي يتم استخدامها على نحو واسع في العديد من المجالات خلال الوقت الراهن، ولكنها ربما تكون أكثر ثمنًا مقارنة بغيرها من الساعات بعد الانتهاء من تطويرها.
من اخترع الساعة النووية؟
لا يمكن تحديد متى تم اختراع الساعة النووية؛ فإن هذه الساعة لا زالت قيد التطوير خلال الوقت الراهن، كما أنها اعتمدت على بعض الاكتشافات التي وصل إليها المختصون والعلماء في السابق. تقوم بعض المعاهد العلمية المتخصصة بتطوير هذا النوع من الساعات، حتى تصبح عملية في بعض المجالات.
كيف تعمل الساعة النووية لتحديد الوقت؟
بشكل أساسي تعمل الساعات النووية على قفزات الطاقة داخل المنطقة المركزية الصغيرة للذرة في تحديد الوقت، وهي المنطقة التي يطلق عليها اسم النواة، وتحتوي على البروتونات والنيوترونات معًا، وهي قفزات مشابهة لقفزات الطاقة التي تحدث عند قلب مفتاح الضوء، ويوضح ذلك سبب إطلاق اسم الساعة النووية عليها.
في الساعات النووية يتم إطلاق الضوء فوق البنفسجي حتى يثير النواة في بعض الذرات المناسبة؛ مثل اليورانيوم 229 الذي استخدمته بعض المؤسسات العلمية؛ فإن هذا الضوء يتسبب بتغير حالة طاقة النواة إذا كان بالتردد الصحيح، ومن خلال قياس هذا التغير بدقة يتم حساب الوقت.
هل تنتشر استخدامات الساعة النووية كثيرًا خلال الوقت الراهن؟
لا تنتشر استخدامات الساعة النووية كثيرًا خلال الوقت الراهن؛ فإنها ما زالت قيد التطوير والابتكار، ولا يزال أمام المختصين الكثير من الوقت للوصول إلى ساعة نووية عملية؛ يمكن الاعتماد عليها في المجالات المختلفة حسب المعهد الوطني للمعايير والتقانة في الولايات المتحدة الأمريكية.
ما هي استخدامات الساعة النووية؟
لا يمكن تحديد ما هي استخدامات الساعة النووية بشكل كامل حاليًا؛ نظرًا لكونها قيد التطوير حتى الآن، إلا أنها ربما تكون مفيدة في تحسين قياسات الملاحة البحرية والجوية، إضافة إلى تعزيز التقدم في العديد من الأبحاث الفيزيائية الأساسية. ومن المتوقع أن تسهم التقنية المستخدمة في الساعات النووية بتحسين سرعات الإنترنت أيضًا.
مميزات استخدام الساعة النووية
هناك العديد من المميزات التي يمكن أن يوفرها استخدام الساعة النووية بعد الانتهاء من تطويرها، وفيما يأتي بعضًا من أبرز هذه المميزات:
- دقة الوقت الكبيرة: إن الساعة النووية تستطيع قياس الوقت بدقة كبيرة مقارنة بغيرها من الساعات الأخرى المتوفرة خلال الوقت الراهن، وهو ما يجعلها مفيدة في الكثير من المجالات التي تحتاج إلى قياس الوقت الدقيق.
- قلة تأثر النواة بالاضطرابات الخارجية: في الساعات النووية تتأثر النواة بدرجات أقل من الاضطرابات الخارجية مقارنة بالساعة الذرية، وتشمل هذه الاضطرابات المجالات الكهرومغناطيسية وغيرها.
- التردد المرتفع للضوء الليزري: إت ترددات الضوء الليزري المُستخدم في الساعة النووية أعلى من تلك المستخدمة في الساعة الذرية، وهو ما يسهم في ضبط الوقت بشكل أفضل.
الصعوبات التي تواجه تطوير الساعة النووية
يواجه المختصون بعض الصعوبات في تطوير الساعة النووية العملية، ويعود السبب في ذلك إلى قفزات الطاقة المطلوب إحداثها في هذا النوع من الساعات؛ فإنها تحتاج إلى قدر كبير من الطاقة، ولتجاوز هذه المشكلة استخدم العديد من العلماء الثوريوم 229 في محاولة تطوير الساعة النووية.
كم يبلغ سعر الساعة النووية؟
بما أن تطوير الساعة النووية لم ينتهِ حتى الوقت الراهن؛ فإن تحديد سعرها غير ممكن، ولا شك بأن السعر يعتمد على العديد من العوامل المختلفة، ومنها: طبيعة المواد التي يتم استخدامها في إنتاج الساعة، والتكاليف التي يحتاجها الإنتاج من الآليات والأيدي العاملة، بالإضافة إلى الطاقة وغيرها من الموارد الأخرى.
أهم المحطات في تاريخ تطوير الساعة النووية
لا شك بأن عملية تطوير الساعة النووية مرت بالعديد من المحطات التاريخية المهمة حتى وصلت إلى ما هي عليه اليوم، وفيما يأتي قائمة بأهم هذه المحطات:
- اكتشاف الانتقال النووي: في عام 1976 تمكّن العلماء المختصون في الفيزياء من اكتشاف قفزة في طاقة الثوريوم، وتم إطلاق اسم الانتقال النووي على القفزة التي تم اكتشافها خلال ذلك الوقت.
- اقتراح استخدام الانتقال النووي في إنشاء ساعة: اقترح بعض العلماء -في عام 2003- استخدام الانتقال النووي -الذي تم اكتشافه عام 1976- لإنشاء ساعة؛ إلا أنهم لم يلاحظوا ذلك بشكل مباشر حتى مرور عدة سنوات تالية.
- ملاحظة استخدام الانتقال النووي في إنشاء ساعة مباشرة: في عام 2016 تمكّن المختصون من ملاحظة إمكانية إنشاء ساعة بالاعتماد على الانتقال النووي مباشرة، وذلك بعد مرور 13 سنة من اقتراح إمكانية إنشاء الساعة بهذه الطريقة.
- ابتكار طريقة لتضمين الثوريوم 229 في البلورات: خلال عام 2023 استطاع بعض العلماء تطوير طريقة لتضمين الثوريوم 229 في البلورات، وهو ما يسهم في تسهيل عملية تتبع الإشارات المستخدمة في الساعة النووية.
- تطوير نموذج من الساعة النووية: في عام 2024 تمكنت عدة فرق بحثية من تجاوز كبير في العقبات التي وقفت أمام استخدام الانتقال النووي لإنشاء ساعة، وتم تطوير بعض النماذج الأولية التي تجعل من هذه الساعة حقيقة.
- استمرار تطوير الساعات النووية: حتى الوقت الراهن لم يتوقف العلماء عن البحث لتطوير المزيد من التقنيات التي تسهم في جعل الساعات النووية حقيقية وعملية، ولكن الأمر ربما يستغرق وقتًا طويلًا حتى تطوير الساعات المرجوة.
ما هو الفرق بين الساعة الذرية والساعة النووية؟
يحرص المختصون على توضيح ما هو الفرق بين الساعة الذرية والساعة النووية التي يتم تطويرها حاليًا، ويكمن الفرق في طريقة قياس الوقت بين هذين الساعتين؛ فإن الساعة الذرية تقيس الوقت عن طريق ضبط ضوء الليزر على ترددات محددة تجعل الإلكترونات تقفز بين مستويات الطاقة، بينما تعتمد الساعة النووية على قفزات تحدث داخل النواة نفسها لقياس الوقت، وهو ما يجعلها أكثر دقة مقارنة بالساعة الذرية.
ما هي الساعة الذرية؟
يمكن تعريف الساعة الذرية بأنها ساعة تقيس الوقت بناءً على الوقت المستغرق في انتقال الإلكترونات بين مستويات الطاقة، ويتم استخدام هذه الساعة على الأقمار الصناعية وفي العديد من التطبيقات الأخرى، وتتضمن القائمة الآتية عدة من أبرز المعلومات والحقائق حولها:
- العنصر المستخدم في الساعات الذرية: في الساعات الذرية يتم الاعتماد على ذرة السيزيوم 133 لحساب الوقت وفق موسوعة بريتانيكا، ويتم حفظ هذه الذرات عند درجة حرارة 0 كلفن.
- الدقة الكبيرة: بالرغم من انخفاض دقتها مقارنة بالساعة النووية إلا أن الساعة الذرية شديدة الدقة، وتفوق في دقتها مختلف الساعات الأخرى التي يتم استخدامها في المجالات المختلفة خلال الوقت الراهن.
- دقة الساعة الذرية اليوم: منذ ابتكارها وحتى الوقت الراهن تم تطوير الساعة الذرية بشكل كبير حتى تصبح أكثر دقة، وربما تفقد هذه الساعة أو تكتسب 1 ثانية فحسب خلال 14 مليار سنة تقريبًا.
- الاعتماد على انتقال الإلكترونات بين مستويات الطاقة: إن الوقت الذي تستغرقه الإلكترونات في الانتقال بين مستويات الطاقة دقيق جدًا، مما يجعله مناسبًا في قياس الوقت بدقة تفوق الساعات الميكانيكية والإلكترونية.
اقرأ/ي أيضًا:
هل يعود تاريخ اختراع المصباح الكهربائي إلى عام 1879؟
