שעון אטומי שיפותח בעשור הקרוב יסייע להוכיח תיאוריות בפיסיקה ולפתח תרופות
21.2.2003
מאת: ליאור קודנר, הארץ, וחדשות וואלה!
אם הכל יתנהל לפי התוכנית, עד סוף העשור ייצרו מדענים מוואשינגטון שעון אטומי חדיש, שיצבור פיגור כולל של שנייה אחת בלבד מיום הפעלתו – ועד “סוף העולם”. השעון המדויק ביותר בעולם ישמש בעיקר לתקשורת נתונים, יאפשר להוכיח תיאוריות יסודיות בפיסיקה ואולי גם לפתח תרופות חדשות.
כיום קיימים שעונים אטומיים מדויקים מאוד: הם צוברים פיגור או מקדימים בשנייה אחת, כל 15 מיליון שנים. כל השעונים האטומיים מבוססים על מדידת “תקתוקים” – הקצב שבו האלקטרונים נעים סביב גרעין אטום. ככל שקצב התקתוק גבוה יותר, בעוד שהסטייה במדידה אינה עולה – כך נחשב השעון למדויק יותר. השעון המדויק ביותר מהדור הישן, מבוסס על מעקב אחר אטום הצזיום (יסוד רך, המשתייך לקבוצת המתכות האלקליות) שקצב התקתוק בו קבוע: 9,192,631,770 בשנייה.
השעון החדש, שמפותח במכון הלאומי לתקנים וטכנולוגיה בארה”ב, מבוסס על מדידת תקתוקי יון בודד – שקצב התקתוק שלו הוא 1.065 קוורדיליאון (10 בחזקת 15) תקתוקים בשנייה. כדי למדוד את התקתוקים משתמשים המדענים במתקן לייזר חדיש. “השעון החדש אמין מאוד”, סיפר החוקר סקוט דידמס בכנס השנתי של האיגוד האמריקאי למחקר מדעי (AAAS) שנערך בדנוור, “אבל כעת מוטל עלינו לשפר עוד יותר את ביצועיו”.
מבדיקות שנערכו עד היום עולה, שהשעון צובר פיגור של שנייה אחת כל 100 מיליון שנים. החוקרים מעריכים שפיתוחים בעשור הקרוב יאפשרו להאריך את משך הזמן הזה עד כ-4.5 מיליארד שנים – בדיוק אז צפויה מערכת השמש לחדול מלהתקיים, להערכת מדענים.
לכאורה עולה השאלה, מדוע צריך שעון מדויק כל כך – שבפיתוחו מושקעים עשרות מיליוני דולרים. החוקרים מצביעים על ארבעה תחומי מחקר שעשויים לקבל זינוק משמעותי עם תחילת השימוש בשעון:
* ביולוגיה. שעונים מהדור החדש יסייעו למדענים לעקוב אחר תהליכים המתרחשים בתוך תאים אנושיים. הדבר יאפשר להבין טוב יותר מחלות כמו סרטן ואולי גם לפתח תרופות חדישות.
* פיסיקה. ככלל, בדיקה מדויקת של זמן מאפשרת למדוד בצורה מדויקת גם מרחקים (בהסתמך על מהירות האור). לפי תורת היחסות של איינשטיין, הזמן זורם בקצב שונה בכדור הארץ ובחלל. לדברי ד”ר ניר דווידזון, מהמחלקה לפיסיקה של מערכות מורכבות במכון ויצמן למדע, ניתן יהיה להוכיח את התיאוריה הזו רק באמצעות שעונים מדויקים מאוד, בגלל שהשוני בזמן הוא מזערי. “כמעט כל מהפכה פיסיקלית החלה מאפקט קטן מאוד”, אומר דווידזון. “בתורת היחסות של איינשטיין, השינוי בקצב זרימת הזמן לעצמים שנעים במהירות גדולה, הוא כמיליארדית השנייה. אם נצליח להראות את השינוי הקטן הזה באמצעות שעון מדויק מאוד, רק אז נוכיח את תורת היחסות ונקבע שניוטון לא לגמרי צדק”.
בנוסף לכך, שעונים מדויקים יאפשרו לקבוע אם חוקי הפיסיקה משתנים עם חלוף הזמן. “לצורך הבדיקה יש לבצע ניסוי מדעי ולחזור עליו כעבור שנה בדיוק”, מסביר דווידזון, “רק באמצעות שעון מדויק מאוד ניתן יהיה לראות שינויים מזעריים שחלו בניסוי זהה בחלוף שנה אחת בלבד”.
* ניווט. ה-GPS היא מערכת לוויינית שמסייעת לאדם לדעת את מיקומו המדויק. המערכת מצליבה נתונים המגיעים משלושה לוויינים, המבוססים על הזמן שלוקח לאות מה-GPS להגיע ללוויין. שעון מדויק יותר יכול לקצר את טווח הטעות של המכשיר לסנטימטרים בודדים. רמת דיוק כזו תאפשר לקבל נתונים מדויקים יותר על נדידת יבשות ועל שינויים גיאולוגיים אחרים.
* תקשורת. מערכות מתוחכמות להעברת נתונים פועלות במהירות גדולה מאוד. אם אין תיאום בין השעונים של ספק המידע למקבל המידע, ייתכנו בעיות בפענוח המידע שעובר ביניהם. תקן אחיד לשעון אטומי מהיר, יאפשר תיאום מלא בין המחשבים.
באדיבות וואלה
