وبلاگ

Newswise — ALBUQUERQUE، NM — یوان یو ژائو قصد دارد کوچکترین ساعت اتمی جهان را بسازد، دستگاهی که زمان را با دقت بسیار بالا اندازه گیری می کند. اگر موفق شوند، او و تیمش در آزمایشگاه ملی ساندیا یک حبه قند ساخته اند.

اما او تنها کسی نیست که مرزهای ساعت های کوچک را جابجا می کند.

سال گذشته آژانس پروژه های تحقیقاتی پیشرفته دفاعی تیم های تحقیقاتی چالش برانگیز برای ساخت ساعت های کوچکتر و دقیق تر. Jau یکی از دو تیم Sandia را هدایت می کند که در این تلاش شرکت دارند.

ژائو که طراحی اولیه اش حتی کوچکتر است – حدود 1 سانتی متر طول و فقط 2 میلی متر عرض و قد، در مجموع 0.04 سانتی متر مکعب می گوید: “آنها برای همه چیز 1 سانتی متر مکعب می خواهند، و در حال حاضر ساعت اتمی به این اندازه وجود ندارد.” . دارپا درخواست کرد که دستگاه ها پس از یک هفته تا یک میلیونیم ثانیه دقیق باشند.

Sandia تجربه ساخت ساعت های فشرده را دارد. در اوایل دهه 2000، آزمایشگاه ها به توسعه آن کمک کردند یک ساعت اتمی در مقیاس تراشهکه کمی بزرگتر از قوطی کبریت یا حدود 17 سانتی متر مکعب است. در آن زمان، CSAC کوچکترین ساعت اتمی در جهان بود و هنوز هم کوچکترین ساعتی است که می توانید بخرید.

ساعت های مینیاتوری فناوری ناوبری پیشرفته را فعال می کنند

ساعت اتمی در سال 1948 در جایی که در آن زمان اداره ملی استاندارد ایالات متحده، اکنون موسسه ملی استاندارد و فناوری، اختراع شد. به جای اندازه‌گیری زمان توسط رویدادهای نجومی مانند چرخش زمین یا ابزارهای مکانیکی مانند چرخ دنده‌ها، فنرها یا آونگ‌ها، زمان را با سیگنال‌های الکترومغناطیسی ساطع شده توسط الکترون‌های اطراف یک اتم اندازه‌گیری می‌کند و آن را بسیار دقیق می‌کند.

ساعت‌های اتمی راه را برای GPS هموار کردند که بر ساعت‌های بسیار دقیق و هماهنگ تکیه دارد.

از قضا، دارپا اکنون در حال تحقیق بر روی ساعت‌های کوچک و دقیق است تا به وسایل نقلیه کمک کند در مواقعی که GPS در دسترس نیست حرکت کنند. این کار مانند نحوه محاسبه مسافت با رانندگی ماشین در یک بزرگراه طولانی است. اگر با سرعت 60 مایل در ساعت رانندگی کنید، پس از یک ساعت متوجه می شوید که 60 مایل را طی کرده اید. یک ساعت قابل اعتماد نیمی از معادله است.

برای کاربردهای دفاعی، ناوبری باید بسیار دقیق باشد. دارپا به دنبال ساعت هایی با دقت یک میلیونیم ثانیه برای حداکثر یک هفته است. در حالی که بهترین ساعت های جهان ماشین های بزرگی هستند که می توانند این دقت را برای ده ها هزار سال حفظ کنند، نسخه های جیبی دقت کمتری دارند. اهداف Sandia و DARPA این است که 30 برابر دقیق تر از ساعت های کوچک مدرن فعلی باشند.

آژانس همچنین نیاز به بهبود در مصرف برق و حساسیت به دما و لرزش دارد.

ژائو گفت: «این بسیار چالش برانگیزتر از کاری است که مردم قبلا انجام داده اند.

کاهش اندازه، وزن و قدرت، استفاده از سیستم‌های ناوبری پیشرفته را در انواع وسایل نقلیه، از کشتی‌های دریایی گرفته تا هواپیماهای بدون سرنشین و ماهواره‌ها، آسان‌تر می‌کند.

طراحی ساعت بر اساس یک نمونه اولیه 16 ساله

ژو مطمئن است که او و تیمش می توانند این دستگاه را بسازند. به نوعی، او قبلاً داشته است.

شانزده سال پیش که در آن زمان مدرس فیزیک در دانشگاه پرینستون بود، اولین نمونه اولیه خود را از آنچه که نوسانگر اتمی لیزری نامید ساخت. اندازه آن تقریباً به اندازه یک جعبه ابزار بود، اما همان عملیات اولیه را مانند یک ساعت اتمی انجام می داد. این یک پالس ثابت و ساعت مانند تولید می کند که با تابش لیزر از میان ابری از اتم های پتاسیم به دست می آید.

مهم این است که استقلالی بود. نوسانگر برای کنترل پالس تناوبی دستگاه نیازی به تجهیزات الکترونیکی خارجی ندارد.

سخت افزار پشتیبان در بسیاری از انواع ساعت های اتمی رایج است و معمولاً بیشتر فضا را اشغال می کند. اگر لوازم الکترونیکی پشتیبان را از CSAC به اندازه جعبه کبریت بردارید، متوجه خواهید شد که تیک تیک فیزیکی در بسته ای به اندازه یک دانه برنج انجام می شود.

ژائو گفت که نمونه اولیه او به همان اندازه بزرگ بود، زیرا ساخت یک ماشین بزرگ راحت تر از یک ماشین کوچک است، “می دانید، با انگشتان سوسیس من.”

حالا او ابزارهایی برای کوچکتر کردن آن دارد.

یک تیم ساخت دستگاه در مرکز میکروالکترونیک ساندیا

Jau قصد دارد اتم های پتاسیم را با سزیم جایگزین کند و طرح اصلی خود را با استفاده از ماشین ها و ابزار Sandia کوچک کند. مهندسی میکروسیستم، علوم و کاربردها مجتمع، یک مرکز تحقیق، توسعه و تولید میکروالکترونیک هیبریدی.

از آنجایی که طراحی او نیازی به سخت افزار جانبی ندارد، او معتقد است که می تواند اندازه، وزن و توان مورد نیاز ساعت های اتمی را به طور چشمگیری کاهش دهد.

ژو گفت: «ما فقط از حجم بسته فیزیکی موجود در ساعت CSAC موجود استفاده خواهیم کرد، اما از شر آن لوازم الکترونیکی پیچیده در اطراف آن خلاص خواهیم شد.

بودجه اولیه DARPA او برای دو سال است، با امکان بودجه اضافی در صورتی که او و تیمش استانداردهای اندازه و عملکرد را رعایت کنند.

آزمایشگاه‌های ملی ساندیا یک آزمایشگاه چند مأموریتی است که توسط شرکت فناوری ملی و راه‌حل‌های مهندسی Sandia LLC، یکی از شرکت‌های تابعه شرکت بین‌المللی هانی‌ول، برای اداره امنیت ملی هسته‌ای وزارت انرژی ایالات متحده اداره می‌شود. آزمایشگاه های Sandia دارای مسئولیت های عمده تحقیق و توسعه در بازدارندگی هسته ای، امنیت جهانی، دفاع، فن آوری انرژی و رقابت اقتصادی است، با تاسیسات اولیه در آلبوکرکی، نیومکزیکو، و لیورمور، کالیفرنیا.