ساعة الثوريوم-229 النووية الصينية تبدأ العمل، وهي الأولى من نوعها عالميًا

أنجز فيزيائيون في جامعة تسينغهوا في بكين ما سعت إليه القياسات الكمية لعقود: شغلوا ساعة مدفوعة بنواة ذرية بدلاً من الإلكترونات المحيطة بها. وقد وصفت الفريق هذا العمل، الذي نشر على الإنترنت في مجلة نيتشر، بأنه أول تشغيل لساعة نووية من الثوريوم-229، تحقق بالتوازي مع مجموعة أوروبية.

تحتاج كل ساعة إلى نبضة متكررة. تستخدم أفضل الساعات الذرية اليوم ليزرات لنقل الإلكترونات بين مستويات الطاقة في ذرات مثل السترونشيوم أو الإيتربيوم. لكن فريق تسينغهوا قام بدلاً من ذلك بتثبيت ليزر على انتقال داخل نواة الثوريوم-229، وهو نظير تقع أدنى حالته المثارة عند طاقة منخفضة بشكل غير عادي. هذه الخصوصية تجعله قابلاً للوصول بالضوء بدلاً من الأشعة السينية القوية التي تتطلبها عادةً مثل هذه الانتقالات النووية.

للوصول إلى ذلك، بنى الباحثون ليزرًا مستمرًا في نطاق الفراغ فوق البنفسجي بطول موجة 148 نانومترًا داخل مختبرهم، واقترنوه ببلورات فلوريد الكالسيوم المطعمة بالثوريوم-229، التي طورت مع مجموعات شريكة. إطلاق الليزر على البلورة ومطابقة تردده مع القفزة النووية مكّنهم من الحفاظ على الانتقال مستقرًا بما يكفي ليكون مرجعًا زمنيًا.

لماذا كل هذا العناء؟ النواة أصغر بآلاف المرات من سحابة الإلكترونات المحيطة بها، وهي أكثر عزلة بكثير عن المجالات الكهربائية والمغناطيسية الشاردة. هذا التدريع قد يجعل الساعات النووية أقل حساسية للضوضاء البيئية، مما قد يحسن أفضل معايير التردد الحالية. ولأن الانتقال النووي يستجيب أيضًا بشكل مختلف للجاذبية وللانحرافات المحتملة في الثوابت الأساسية للطبيعة، فقد تصبح مثل هذه الساعات أدوات لاختبار ما إذا كانت تلك الثوابت ثابتة حقًا.

المكاسب العملية أبعد، لكن الاتجاه مألوف. قياس الوقت الأفضل يدعم الملاحة عبر الأقمار الصناعية وشبكات الاتصالات والطوابع الزمنية المالية، ويشحذ البحث عن المادة المظلمة وعن التحولات الدقيقة التي تنبئ بها نظريات تتجاوز النموذج القياسي. الساعة النووية ليست بديلاً عن الساعات الذرية بقدر ما هي نوع مختلف من المسطرة، حساسة للقوى التي تتجاهلها الأجهزة القائمة على الإلكترونات إلى حد كبير.

يأتي هذا الإنجاز في عام قوي للفيزياء. ذهبت جائزة نوبل في الفيزياء لعام 2026 إلى مهندسي آيس كيوب، الكاشف المدفون في جليد القطب الجنوبي الذي يلتقط جسيمات شبيهة بالأشباح تكاد تكون عديمة الكتلة تسمى النيوترينوات، وكرمت جائزة الكيمياء عالمين أظهرا كيف يمكن ليد الجزيء أن تضاعف نفسها. القياس الدقيق، وعلم فلك الجسيمات، والجزيئات المرآتية، كلها أثبتت النقطة نفسها: الأدوات التي ترى غير المرئي تميل إلى كشف غير المتوقع.

يشدد دينغ شي تشيان من تسينغهوا وزملاؤه على أن هذه بداية وليست أداة مكتملة. لا يزال يتعين تثبيت انتقال عامل واحد، ومقارنته بالمعايير الحالية، وتشغيله لفترة كافية لإثبات أنه يحفظ الوقت بشكل أفضل مما تمتلكه المختبرات بالفعل. النتيجة الأوروبية، التي أُعلنت في الوقت نفسه تقريبًا، تشير إلى أن هذا المجال أصبح الآن سباقًا حقيقيًا وليس جهدًا منفردًا.

بالنسبة للقراء العالميين، الأهمية واضحة. ساعة تعد الاهتزازات داخل النواة الذرية تنقل قياس الوقت من غلاف الإلكترونات إلى قلب المادة نفسه، وقد حدث ذلك أولاً في مختبر صيني يعمل جنبًا إلى جنب مع أقران دوليين. إذا نضجت هذه التقنية، فقد تُعرَّف الثواني التي نعتمد عليها جميعًا يومًا ما بشيء أصغر وأغرب بكثير من الذرات التي نستخدمها الآن.