محققان اولین ساعت کوانتومی را ساختند که از نور خورشید استفاده می کند

خورشید، که توسط ماموریت مدارگرد خورشیدی ESA/NASA گرفته شده است

برای اولین بار، محققان یک ساعت کوانتومی ساخته اند که از نور خورشید به عنوان یک جزء کلیدی استفاده می کند. می توان از آن برای تشخیص تغییرات در سرعت خورشید یا فرآیندهای کاوشگر در سطح آن استفاده کرد.

این ساعت آفتابی مادرت نیست. مردم از زمان های قدیم می دانستند که می توانند با نور خورشید زمان را ردیابی کنند. اما زمان‌سنج‌های رکوردشکنی معاصر، که ساعت‌های نوری نامیده می‌شوند، دقت خود را از اثرات مکانیکی کوانتومی می‌گیرند و معمولا اتم‌هایی دارند که از دنیای خارج جدا شده‌اند. در حال حاضر، اسکات دیدمز در دانشگاه کلرادو، بولدر، و همکارانش یک ساعت نوری ساخته اند که به جای آن بر نور خورشید متکی است.

در یک ساعت نوری معمولی، یک الکترون درون اتم طوری ساخته می‌شود که بین دو سطح انرژی در نوسان باشد و یک لیزر فوق‌پایدار با فرکانس آن نوسان تنظیم یا قفل می‌شود. سپس، این نوسانات - فراز و نشیب امواج نوری که پرتو لیزر را تشکیل می‌دهند - به تیک‌های قابل استفاده یک ساعت تبدیل می‌شوند. برای انجام این کار، محققان از دستگاهی به نام شانه فرکانس استفاده می کنند که نور مرئی را به امواج مایکروویو تبدیل می کند که می تواند توسط وسایل الکترونیکی استاندارد پردازش شود.

در آزمایش جدید، محققان هنوز از یک لیزر و یک شانه فرکانس برای ساخت ساعت خود استفاده کردند، اما نقش اتم توسط فرآیندی که در نزدیکی خورشید اتفاق می‌افتد، ایفا می‌کرد.

به طور خاص، محققان به‌جای قفل کردن لیزر خود بر روی پرش‌های الکترون درون اتم، آن را روی فرآیندی قفل کردند که در آن نور خورشید با برخورد با اتم‌های آهن در جو ستاره ما، جهش‌های مشابهی را ایجاد می‌کند. این فرآیند در طیف رنگ‌هایی که نور خورشید را تشکیل می‌دهند، علامتی باقی می‌گذارد، بنابراین تیم نور خورشید را در یک فیبر خاص جمع‌آوری کرده و آن را به بقیه ساعت وارد کرد. این نوع ساعت نوری خورشیدی قبلا ساخته نشده بود.

در حالی که ساعت جدید از نظر دقت با بهترین ساعت های نوری اتمی رقابت نمی کند، محققان نشان دادند که احتمالا می تواند به عنوان ابزاری برای مطالعه ستارگان استفاده شود. در خلال خورشید گرفتگی جزئی در سال 2024، آنها تغییر خاصی را در طیف نور خورشید به دلیل عبور ماه از مقابل ستاره مشاهده کردند. اگر ساعت از یک ستاره دور به جای نور خورشید تغذیه می شد، جابجایی های مشابه می تواند نشان دهنده حضور سیارات فراخورشیدی در مدار باشد که احتمال تبدیل شدن ساعت جدید به ابزاری برای اکتشافات نجومی را افزایش می دهد.

با این حال، در این مورد، نور ستارگان باید از طریق تلسکوپ های بزرگ جمع آوری شود، گاهی اوقات در دوره های زمانی طولانی.

پیت اشمیت از موسسه ملی مترولوژی آلمان می گوید که کار جدید جالب است زیرا طراحی ساعت نوری را نشان می دهد که از نور ستاره ها استفاده می کند نه اینکه منحصرا بر روی اجرام تحت کنترل شدید در آزمایشگاه باشد.

اشمیت می‌گوید، اما به‌عنوان یک ابزار نجومی، هنوز از روش‌های موجود برای مطالعه نور از ستارگان پیشی نمی‌گیرد، و برای ستاره‌های بسیار دور، سودمندی ساعت جدید به طور جدی به دلیل کم‌نور بودن نور آنها محدود می‌شود.

او می گوید، با این حال، ممکن است در مطالعه خواص خورشید ما مزایایی وجود داشته باشد. برای مثال، این ساعت می‌تواند رویدادهای فوران، لکه‌های خورشیدی و اثرات «باد» خورشیدی ساخته شده از جریان‌های ذرات باردار در لایه‌های بیرونی جو خورشید را بررسی کند.