وحدة

نانو ثانية

وحدة زمنية تساوي جزءًا من مليار من الثانية، تُستخدم لقياس فترات زمنية قصيرة للغاية.
12 مقالات ذات صلة

الوصف

النانوثانية هي جزء من مليار من الثانية — وهي فترة زمنية قصيرة جدًا لدرجة أن الضوء، الذي يسافر بسرعة حوالي 300,000 كيلومتر في الثانية، يقطع خلالها 30 سنتيمترًا فقط. وهي المقياس الزمني الطبيعي للعمليات داخل رقائق الحاسوب، حيث تتبدل الإشارات الكهربائية في أجزاء من النانوثانية، ولأسرع التفاعلات الكيميائية، حيث تتحرك الذرات مسافة لا تتجاوز بضعة أقطار ذرية خلال هذه الفترة. في الفيزياء، تُعد النانوثانية وحدة عملية لوصف أعمار الحالات المثارة، ومدة نبضات الليزر، وتوقيت اصطدامات الجسيمات.

التاريخ

دخل المصطلح الاستخدام العلمي في منتصف القرن العشرين عندما تطلبت تقنيات الإلكترونيات والرادار قياسًا دقيقًا لفترات زمنية قصيرة جدًا. وأصبح معيارًا مع تطور راسمات الذبذبات السريعة، ولاحقًا أنظمة الليزر.

كيف يعمل

تُعرَّف الوحدة وفق النظام الدولي للوحدات بأنها 10⁻⁹ ثانية، مشتقة من الوحدة الأساسية للزمن. وتُقاس باستخدام مذبذبات إلكترونية، أو ساعات ذرية، أو كواشف ضوئية سريعة تحول الإشارات الضوئية إلى نبضات كهربائية. عمليًا، غالبًا ما تُصوَّر النانوثانية من خلال المسافة التي يقطعها الضوء في تلك الفترة — حوالي طول مسطرة قياسية — مما يجعلها جسرًا بين الزمن المجرد والفضاء الملموس.

في التطبيق

النانوثانية هي زمن دورة الساعة في معالجات الحواسيب الحديثة، ومدة نبضات الليزر فائق السرعة، ودقة التوقيت في كواشف الجسيمات في المصادمات.

حقيقة طريفة

في نانوثانية واحدة، تقطع الإشارة الكهربائية في رقاقة الحاسوب حوالي 15 سنتيمترًا فقط — أي أقل من طول لوحة مفاتيح الكمبيوتر المحمول النموذجية.

Concept graph →

مقالات ذات صلة · 12

رقم قياسي يستحيل كسره بسبب مسافة اندفاع قصيرة جدًا
هذا مثل رقم قياسي في سباق المسافات القصيرة: لكسره، تحتاج إلى اندفاعة مثالية. لكن النوابض دون الميلي ثانية النجوم النابضة مسافة اندفاعها قصيرة جدًا. أسرع نابض معروف، PSR J1748-2446ad، يدور 716 دورة في الثانية، أسرع من خلاط المطبخ. لو كان بحجم الأرض، لتحركت نقطة على خط استوائه بسرعة تعادل 0.24 من سرعة الضوء.
بصريات2026-07-172 دarXiv:2607.15925سريع
بروتين يُلتقط في شعاع ضوئي
البروتين في الخلية ليس تمثالًا جامدًا، بل آلية لا تستقر. أجزاؤه تهتز باستمرار، وهذه الحركات هي التي تحدد كيف يلتقط الجزيئات، أو ينقل الإشارات، أو يبني الهيكل الخلوي. لكن تسجيل فيلم عن حياة بروتين واحد كان يواجه عائقين في وقت واحد. أولًا، تستمر الحركات أجزاء من المليون من الثانية — والكاميرات العادية ببساطة لا تلتقطها.
بصريات2026-07-032 دarXiv:2607.03563سريع
ليزر بحجم الفيروس يضيء على ركيزة ذهبية
الليزر العادي هو رنان (resonator) يتردد فيه الضوء بين مرآتين ويتضخم. لكن يمكن الاستغناء عن المرايا وجعل الضوء يدور في جسيم متناهٍ في الصغر أصغر من موجة الضوء نفسها. هكذا تعمل الليزرات الجديدة المصنوعة من جسيمات نانوية لفوسفيد الإنديوم الهيدروجين موضوعة على ذهب أملس تمامًا.
بندول كمومي يختبر الواقع
في المختبر توجد مصيدة — «حفرة» غير مرئية من الحقول الكهربائية، تطفو فيها ذرة غبار مشحونة بحجم مئة نانومتر. تهتز ذهابًا وإيابًا مثل بندول الساعة. بجانبها جسم أصغر بكثير، مثل جزيء، أعده الفيزيائيون في حالة كمومية خاصة: وكأنه يسير على طريقين في آن واحد. كل «طريق» تدفع ذرة الغبار قليلًا نحو جانبها، فتبدأ في رسم قوسين متباعدين في الفضاء.
كيف نسرّع الساعات النووية ألف مرة
في أعماق النواة الذرية للثوريوم-229 تختبئ ذراع رافعة محكمة. لتحويلها من وضع إلى آخر، يلزم بذل جهد — وعادةً ما يتطلب ذلك وقتاً. يمتلك هذا النظير مستويين من الطاقة متقاربين جداً، ويمكن إحداث الانتقال بينهما بنبضة ليزر. لكن إذا تصرفنا بخشونة، فقد تنفلت الذراع، وإذا كنا حذرين أكثر من اللازم، ستطول العملية. حتى وقت قريب، استخدم الفيزيائيون أسلوب إعادة التوجيه التدريجي.
مصائد الذرات: كيف نملؤها حتى آخر ذرة
الملقط البصري هو شعاع ليزر يمسك بذرة في نقطة واحدة، كما تمسك الأصابع بحبة البازلاء. من هذه الملاقط تُبنى شبكات كاملة من الذرات، وهي أساس أجهزة الكمبيوتر الكمومية المستقبلية. لكن هناك مشكلة: لا تدخل الذرة إلى كل ملقط. عادةً، تمتلئ نصف المصائد فقط، وبالنسبة للجزيئات تكون النسبة أقل من ذلك. الأماكن الفارغة تكسر البنية بأكملها.
ومضات أشعة سينية أتوثانية من مسرّع الجسيمات
ومضة الكاميرا العادية تتجمد في أجزاء من مئة من الثانية، لكنها بالنسبة للذرات أشبه بالخلود. فداخل الجزيئات، تقفز الإلكترونات خلال زمن يُقاس بالأتوثانية: أي أجزاء من مليار من مليار جزء من الثانية. ولتصوير مثل هذه الأحداث، نحتاج إلى نبضة ضوئية أقصر من الحدث نفسه. يأخذ الفيزيائيون حزمة إلكترونات في مسرّع خطي ويضغطونها بحيث تصبح الحزم المفردة أرقّ من الشعرة — من حيث الزمن.
المواد2026-03-251 دarXiv:2603.24776سريع
الذهب يتنفس في السائل
جسيمات الذهب النانوية في السائل تشبه كائنات حية صغيرة: فهي تغيّر بنيتها الداخلية باستمرار، وكأنها تتنفس. تمكن العلماء من النظر إلى هذه العملية باستخدام مجهر إلكتروني يلتقط صورًا كل ميلي ثانية، وشبكة عصبية تنظف الصور من التشويش.
بصريات2026-03-191 دarXiv:2603.18518سريع
ليزر يرسم مفتاحًا غير مرئي
تضرب شعاع الليزر غشاءً من الذهب والفضة لبضع نانوثوانٍ فقط — خلال هذا الوقت يقطع الضوء مسافة أقل من متر. عند نقطة الاصطدام، يغلي المعدن ويتناثر ويتجمد في نمط عشوائي من جسيمات صغيرة. كل نمط من هذه الأنماط فريد مثل الشقوق على الجليد أو أغصان الأشجار. لا يمكن تكراره عمدًا: أدنى اهتزاز في الشعاع أو ذرة غبار تغيّر الصورة.
بصريات2026-01-311 دarXiv:2602.00673سريع
نافذة تفتح من تلقاء نفسها
يتصرف جسيم صغير من أكسيد الفاناديوم مثل نافذة ذات شفافية قابلة للضبط: في حالة ما يمرر الضوء تحت الأحمر، وفي حالة أخرى يبدأ بامتصاصه. ولا يحدث التحول فجأة، بل بتدرج، مثل إدارة مقبض باهتة الضوء التي تغيّر سطوع المصباح. وهذا الانتقال بين الحالة المعدنية والحالة العازلة هو ما تمكن العلماء من رصده بدقة غير مسبوقة.
التقاط الصدمات الضعيفة: خدعة كمومية بمصيدة قافزة
حبة غبار زجاجية تطفو في شعاع ليزر. تدفعها جزيئات الهواء والفوتونات وحتى جاذبية الأرض، ومن اهتزازها يمكن معرفة ما الذي دفعها بالضبط. لكن لأي قياس حد: فالضوضاء الذاتية للجسيم تمنع رؤية إشارة ضعيفة. القياس الكمومي يضع هذا الحد، لكن يمكن التحايل عليه. يقترح المؤلفون ضغط اهتزاز الجسيم، مثل ضغط بالون: في اتجاه يصبح أضيق، وفي اتجاه آخر يصبح أعرض.
مطاردة الومضات السماوية
في غابة سيبيريا، هناك مئة مصيدة ضوئية — كل واحدة بحجم طاولة صغيرة، لكنها معًا تغطي كيلومترًا مربعًا. في الليل، تنظر هذه المصائد إلى السماء وتلتقط ومضات ضوئية خافتة تنشأ عندما تصطدم الجسيمات الكونية بالغلاف الجوي. المنشأة تسمى TAIGA-HiSCORE، وعادةً ما تعمل كـ«عين» عملاقة لهذه الجسيمات. لكن لهذه العين خاصية نادرة: جميع المصائد متزامنة بدقة تصل إلى جزء من مليار من الثانية.