یکی از پژوهش‌گران روش مبتکرانه‌ای برای مقیاس زمان بر مبنای مفاهیم بنیادی مکانیک کوانتومی کشف کرده است. در این روش٬ مقیاس زمان با اندازه‌گیری بسامد موج دوبروی جسم تعیین می‌شود. این بسامد با جرم جسم مرتبط است. ساعت جدید به دقت ساعت‌های اتمی نیست٬ اما این روش می‌تواند اساسی برای تعریف استاندارد کیلوگرم باشد.

این یک ساعت جزئی و یک مقیاس جزئی است:  به تازگی طرحی مطرح شده است که بر مبنای آن یک ساعت اتمی٬ زمان را بر اساس جرم یک تک اتم اندازه می‌گیرد. این پژوهش به صورت آنلاین در مجله Science، 10 ژانویه چاپ شده است. جدال بر سر این پژوهش همچنان وجود دارد اما می‌تواند روش‌های دقیقی برای اندازه‌گیری زمان و جرم در اختیار پژوهش‌گران قرار دهد.

هولر مولر، فیزیک‌دان دانشگاه کالیفرنیا، برکلی، می‌گوید:«این نخستین ساعتی است که بر مبنای یک تک اتم است». «سرعت تیک تاک این ساعت تنها توسط جرم اتم تعیین می‌شود».

ایده این ساعت در اصول مکانیک کوانتومی ریشه دارد که در آن ذرات رفتار موج-ذره‌ای دارند. به طور مشخص٬ مولر و همکارانش درنظر دارند تا بسامد نوسان موج یک تک اتم را اندازه‌گیری کنند. این بسامد به طور ذاتی در مکانیک کوانتومی با جرم اتم مرتبط است. سپس پژوهش‌گران می‌توانند از این نوسان٬ مانند حرکت نوسانی آونگ یک ساعت٬ برای ساخت ساعت جدید استفاده کنند.

مانعی که یر سر راه طرح مولر قرار دارد این است که٬ نمی‌توان به طور مستقیم بسامد نوسان موج دوبروی ماده را اندازه‌گیری کرد. بسامد این امواج حدود 10²⁵ هرتز است، که 10 مرتبه بزرگی بیشتر از موج نور مرئی است. بنابراین مولر و همکارانش از ابزاری استفاده کردند که دو نوع موج تولید می‌کند، یکی از امواج بر پایه اتم سزیوم ساکن است و دیگری بر مبنای سزیوم متحرک. پژوهش‌گران این اختلاف فرکانس را اندازه‌گیری کردند و با استفاده از این عدد (یک مقدار قابل کنترل در حد 100000 هرتز و یا مشابه آن) بزرگترین فرکانس نوسان اتم سزیوم حال سکون را به‌دست آوردند.

با این یافته، مولر توانسته با استفاده از بسامد موج اتم سزیوم٬ ساعتی بسازد که بعد از هشت سال تنها یک ثانیه عقب بیفتد. این دقت از ساعت مچی بهتر است اما دقت آن حدود صد میلیونیوم بهترین ساعت‌های اتمی‌ست که در حال حاضر وجود دارند. در این ساعت‌ها بسامد نور ساطع شده از یک اتم٬ زمانی که الکترون این اتم منبع کوچکی از انرژی را آزاد می‌کند٬ اندازه می‌گیرند.

فیزیک‌دانانی که در پژوهش مولر شرکت نداشته‌اند تحت تاثیر روش هوش‌مندانه‌ای که او بکار برده است قرار گرفته‌اند، اما نسبت به توانایی این روش برای نگاه داشتن  زمان در دقت‌های بالا مشکوک هستند. ولادان ولتیک، فیزیکدان کوانتومی از ام-آی-تی می‌گوید: «من فکر می‌کنم این مقاله بیشتر از یک نتیجه عملی در بر دارد».

سایر پژوهش‌گران ایراد مفهومی نسبت به این ساعت دارند: از آن‌جایی که در داخل اتم چیزی با این بسامد نوسان نمی‌کند، این پژوهش‌گران می‌گویند که این به هیچ وجه یک ساعت نیست. کریستیان بوردر، فیزیکدانی در رصد خانه پاریس می‌گوید: «این ممکن است که از لحاظ عددی یک ساعت باشد اما یک ساعت فیزیکی نیست ». در مقابل مولر سادگی این ساعت را از ویژگی بزرگ آن می‌داند: او یک خاصیت ذاتی کوانتومی اتم را اندازه گرفته است، این خاصیت تنها به جرم وابسته است.

در حقیقت، این ارتباط بین بسامد و جرم، یا همان تکنیک مولر، ممکن است به عنوان مقیاسی برای اندازه‌گیری جرم تعیین شود. دانشمندان واحد کیلوگرم را، مبنای واحد جرم، توسط توده فلزی که در یک محفظه فرانسوی در حال نگهداری است٬ تعیین می‌کنند. جرم این توده از طریق آلودگی افزایش می‌یابد (SN: 11/20/10, p. 12). کنفرانس عمومی بین المللی برای وزن‌ها و اندازه‌گیری که توسط بوردر برگزار می‌شود قصد دارد تا این جسم مصنوعی را با استاندار کیلوگرم که بر مبنای ثابت‌های اساسی فیزیکی است جایگزین کنند.

مولر می‌گوید که او تنها می‌تواند با اندازه‌گیری بسامد موج‌های ماده٬ جرم اتم را با دقت تعیین کند. زمانی که او جرم یک اتم را پیدا کند، طبق گفته خودش، می‌توان به سر راستی این جرم را به جرم دیگر اتم‌ها مرتبط کرد. او کارهای متقاعدکننده‌ی زیادی برای انجام دادن دارد، اما مولر در نظر دارد فرایند علمی برای انجام ایده خود به وجود آورد. او می‌گوید: «این مفهومی‌ست که فیزیکدانان تا کنون راجع به آن فکر نکرده‌اند»٬ «این بسامد تاکنون قابل اندازه‌گیری نبوده است».

منبع:

http://www.sciencenews.org/view/generic/id/347512/description/New_clock_revolves_around_an_atoms_mass