אתר מורי פיזיקה - עמוד הבית

מבוסס על כתבות

• מדענים יצרו את השעון המדויק בעולם, מאת שי זמיר, Ynet, 9.2.10 
•  מדידת זמן ושעונים אטומיים, מאת גל ברק, בלוג לנושאי מדע

פיזיקאים מ- NIST, המכון הלאומי של ארצות הברית לתקנון ולטכנולוגיה בארצות הברית, הצליחו ליצור את השעון המדויק ביותר בעולם באמצעות שימוש בטכנולוגיה קוונטית.

השעון החדש פועל באמצעות יון האלומיניום (אטום הטעון שלילית), והוא מדויק פי 2 מהשעון שהחזיק קודם לכן בשיא העולם ושהיה מבוסס על כספית, ועולה בדיוקו גם על השעון הממלכתי של ארצות הברית (NIST-F1) שמבוסס על היסוד צזיום ולפיו נרשמת השעה הרשמית במדינה.

השעון החדש יישאר מדויק לגמרי במשך 3.7 מיליארד שנים. פעילות השעון מתבצעת כאשר יון אלומיניום שלכוד בין שדות חשמליים רוטט בתגובה לקרינה אולטרא-סגולה שמשודרת עליו. קרינה זו היא בעלת אורך גל קצר מזה של קרינת מיקרוגל המשמשת בשעון ה-NIST-F1האמריקני, דבר המסייע לחלק את הזמן ליחידות קטנות יותר ומביא לשיפור בדיוק. 

פעולת שעון אטומי מבוססת על העובדה, שבמצבים מסוימים, חומרים קולטים ופולטים אורכי גל מסוימים מאד בלבד. כלומר, אם נגרום לחומר מסוים לקבל אנרגיה, האנרגיה תוכל להיפלט ממנו אך ורק בתדריםמסוימים. אם ננסה להעביר פוטונים דרך חומר כלשהו, אך ורק פוטונים בתדרים מסוימיםמאד יתקבלו.

ד"ר יואב בן דב, פילוסוף של המדע ומחבר הספר "תורת הקוונטים", מסביר: "השעון פועל באמצעות תנודות של גרעיני אטומים המכונות תנודות "קוונטיות" משום שמדובר בגלים. שעונים מסוג זה נקראים גם "שעונים אופטיים" מפני שהם עובדים בגלים קצרים יותר. לאטום יש מצבי אנרגיה שונים וכשהוא עובר ממצב למצב הוא פולט קרינה שניתן למדוד בהתאם למספר התנודות בשנייה. אם יודעים כיצד לספור את התנודות, הרי שמקבלים שעון. מדובר במדידה די יציבה, היות שהאטום הוא אותו אטום בכל העולם, שלא כמו המטר למשל, שהוא יחידת מידה יחסית... אמנם מודדים את תנודות האטום באופן קצת שונה בכל מקום, אבל הדיוק המושג הוא הטוב ביותר האפשרי". 

המדענים מקווים כי לשעון החדש ולאלו שיבואו בעקבותיו ימצאו שימושים נוספים מלבד מדידה של זמן. כך למשל, הם יוכלו לשמש למדידת הקבועים היסודיים של הפיזיקה ויאפשרו לבחון את חוקי הפיזיקה השונים, כגון אלו שניסח אלברט אינשטיין בתורת היחסות. הדור הבא של השעונים יוכל להוליד סוגים חדשים של מדי גרביטציה שבאמצעותם יחקרו  את יסודות כדור הארץ החבויים מתחת לפני האדמה. שימוש חשוב אחר הוא בתחום הניווט העצמי, כמו הנחתה של מטוסים באמצעות טכנולוגיית ה-GPS.