الساعة الذرية

[Mary Naeem]

الساعة الذرية

قد تكون سمعت في السابق عن مصطلح الساعة الذرية، لكن ما الذي يعنيه ذلك؟ وهل له علاقة بالساعة العادية والوقت بشكل عام؟ حسنًا، تُعتبر الساعة الذرية واحدة من أكثر طرق تحديد الوقت دقةً في العالم تم تصميمها لقياس الوقت اعتماداً على الاهتزازات داخل الذرات، وتُستخدم هذه الساعات لمزامنة الأنظمة التي تتطلب أعلى مستويات الدقة والضبط كنظام تحديد الموقع العالمي GPS والانترنت، ويوجد حول العالم مجموعةً من الساعات الذرية في عدة أماكن متزامنة مع بعضها لإيجاد وقتٍ عالمي منسَّق (UTC).
تم تصميم الساعات الذرية لقياس زمن الثانية بدقة، وقد عرّف نظام الوحدات الدولي (SI) الثانية على أنها الزمن الذي تحتاجه ذرة سيزيوم-133 في حالةٍ محددةٍ بدقة لتتذبذب 9 مليارات و192 مليون و631 ألف و770 مرة بالضبط، وحسب التعريف الرسمي فالثانية هي المدة اللازمة لحدوث 9,192,631,770 ذبذبة للإشعاع الناتج عن انتقال الإلكترونات بين مستويي طاقة شديدي الدقة لذرة سيزيوم-133 في حالتها المستقرة، ويشير هذا التعريف إلى ذرة سيزيوم في حالة راحة بدرجة حرارة (0) كلفن.

تاريخ الساعة الذرية

اقترح البروفيسور إيسيدور رابي، أستاذ الفيزياء في جامعة كولومبيا، عام 1945 صنع ساعةٍ معتمدةٍ على تقنيةٍ قام بتطويرها في ثلاثينيات القرن العشرين وهي الرنين المغناطيسي النووي في الحزم الجزيئية، وفي عام 1949 أعلن المكتب الوطني للمعايير NBS (المعروف حالياً بالمعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا NIST) عن أول ساعةٍ ذرية في العالم (NBS-1) والتي تعمل على جزيئات الأمونيا كمصدرٍ للاهتزاز، وفي عام 1952 أُعلن عن أول ساعةٍ ذرية تستخدم ذرات السيزيوم كمصدر للاهتزاز.
قام المختبر الوطني للفيزياء في بريطانيا عام 1955 ببناء أول ساعة تعتمد على السيزيوم، وتم تطويرها خلال العقد التالي وصنع أشكال مُحدّثة منها. وفي عام 1967 عرّف المُؤتمر الثالث عشر لوحدات القياس الثانية على أساس تذبذبات ذرة السيزيوم، واكتمل بناء NBS-4، الساعة الذرية الأكثر دقة في العالم، عام 1968 واستُخدمت في تسعينيات القرن العشرين كجزء من نظام توقيت NIST، وفي عام 1999 بدأت NIST-F1 بالعمل لتصبح أكثر الساعات التي تم صنعها دقةً.

أنواع الساعات الذرية

توجد عدة أنواعٍ للساعات الذرية لكنها جميعها تحمل نفس مبدأ العمل، وهذه الأنواع هي:
ساعة السيزيوم الذرية.
ساعة الهيدروجين الذرية.
ساعة الروبيديوم الذرية.
أهمية الساعات الذرية

قاد تطوير الساعة الذرية إلى تطور في المجالات العلمية والتقنية كالانترنت و نظام GPS وتطبيقات الإنترنت التي تعتمد بشكل رئيسي على التردد ومعايير الوقت، كما تُستخدم في أنظمة البث الإذاعي لضبط التردد سواء على موجات البث الطويلة أو المتوسطة، وفي العديد من الأنظمة العلمية كقياس التداخل على خط قاعدي طويل في الرصد الفلكي الراديوي.