الساعة النووية: دقات النواة للبحث عن المادة المظلمة ⚡ экспресс
يُعتبر الانتقال النووي في نظير الثوريوم-229 أساسًا واعدًا للساعات النووية البصرية، التي تتفوق في الاستقرار على الساعات الذرية التقليدية. في هذا العمل، تم تحقيق هذه الساعات لأول مرة: تم تثبيت ليزر مستمر بطول موجي 148 نانومتر على الانتقال النووي باستخدام تغذية راجعة سريعة تعتمد على مطيافية الامتصاص. نوى الثوريوم-229 مدمجة في بلورة فلوريد الكالسيوم بحجم ملليمتر عند درجة حرارة الغرفة. تتم مقارنة التوافق الفرعي لإشعاع 148 نانومتر باستمرار مع ساعة أيون الإتيربيوم المنفرد Yb⁺. تم تحقيق عدم استقرار تردد ضجيج الطلقة 3·10^-12 √(τ/ث)، الذي ينخفض إلى 10^-15 خلال يوم من التشغيل المتواصل. استُخدمت الساعة لتقييد نماذج المادة المظلمة فائقة الخفة: أسفر البحث عن التقلبات الدورية والانزياحات البطيئة لطاقة الانتقال على فترات زمنية من 20 ثانية إلى يوم عن قيود مكافئة لأفضل الساعات الذرية للارتباط مع الفوتونات، ومتفوقة على القيود السابقة للارتباط مع التفاعل القوي والكواركات.
أكثر الساعات الحديثة دقة تحسب الوقت من خلال تذبذبات الإلكترونات في الذرات. لكن حركتها يمكن أن تتأثر — كما يتأثر نابض الساعة الميكانيكية بالاهتزاز. وجد الفيزيائيون بندولاً أكثر موثوقية: نواة الذرة. أخذوا نواة الثوريوم-229، ووضعوها في بلورة، وجعلوها تتذبذب بتسليط ليزر بتردد محدد بدقة. تُعرف هذه التقنية بـ التحليل الطيفي — وهي في جوهرها بحث عن الإيقاع الصحيح لبدء تذبذب البندول. وقد استجابت النواة: فهي تتذبذب بمعدل ٢٠٠٠ تريليون مرة في الثانية — أي أسرع مليون مرة من الكوارتز في الهاتف الذكي.
الدقة مذهلة: خلال يوم واحد، يبلغ الخطأ واحداً من مليار من المليار من الثانية. قد تخطئ هذه الساعات بمقدار ثانية واحدة فقط كل ٣٠ مليار سنة. لكن الأهم أن هذا البندول حساس للغاية لأي "نسمة" خارجية، مثل مرور جسيمات المادة المظلمة. بحث العلماء عن آثارها — دفعات دورية أو انحراف تدريجي في التردد. لم يجدوا شيئاً، ولكن حتى هذه نتيجة: أصبحنا نعرف الآن مدى ضعف تفاعل المادة المظلمة مع نوى الذرات العادية.
في المستقبل، ستزداد دقة هذه الساعات ذات الحالة الصلبة عدة مرات. وستتحقق مما إذا كانت الثوابت الأساسية في النموذج القياسي ثابتة حقاً، وقد تلاحظ أيضاً أن الوقت يتدفق بشكل مختلف على ارتفاعات مختلفة — وفقاً لنظرية أينشتاين. أما مهمتها الرئيسية حالياً فهي التقاط "ظل" المادة المظلمة.
🎯 الانتقال في نواة الثوريوم-٢٢٩ هو الوحيد في الكون الذي يمكن "التقاطه" بالليزر بتقنيات اليوم. ولهذا السبب تم اختياره للساعات النووية الأولى.