طوّر فريق من الباحثين، بقيادة جامعة كاليفورنيا الأميركية في لوس أنجليس، طريقة بسيطة للغاية وغير مكلفة، قد تمهد الطريق لصنع ساعات نووية اقتصادية وصغيرة الحجم، بحيث يمكن استخدامها يوماً ما في هواتفنا أو حتى ساعات اليد، بالإضافة إلى استبدال الساعات في شبكات الطاقة وأبراج الهواتف المحمولة وأقمار نظام تحديد المواقع العالمي( GPS).
ووفق دراستهم المنشورة، الأربعاء، في دورية «نيتشر»، يمكن استخدام الساعات الجديدة أيضاً للملاحة في بيئات تفتقر إلى نظام تحديد المواقع العالمي، مثل الفضاء السحيق أو الغواصات.
وكان الفريق قد حقق في العام الماضي إنجازاً سعى إليه العلماء لخمسين عاماً؛ فقد تمكنوا من جعل نوى الثوريوم المشعة تمتص وتبعث الفوتونات كما تفعل الإلكترونات في الذرة. كان هذا الإنجاز بمثابة تحقيق حلم طرحوه لأول مرة عام 2008، ومن المتوقع أن يُبشّر بعصر جديد من ضبط الوقت بدقة عالية، مع تأثير كبير على الملاحة. وقد يُفضي أيضاً إلى اكتشافات علمية جديدة تُعيد صياغة بعض الثوابت الأساسية للطبيعة.
لكن كان هناك عقبة واحدة؛ فنظير الثوريوم المطلوب، الثوريوم - 229، لا يوجد إلا في اليورانيوم المستخدم في الأسلحة. ولذلك، يُقدّر أن نحو 40 غراماً فقط منه هي المتوفرة حالياً في جميع أنحاء العالم لاستخدامها في الساعات النووية. ولكن الفريق نجح تحت قيادة الفيزيائي إريك هدسون، من جامعة كاليفورنيا في لوس أنجليس، في تطوير طريقة لاستخدام جزء صغير فقط من الثوريوم لتحقيق النتائج نفسها التي حققوها في عملهم السابق باستخدام بلورات متخصصة.
تصنيع البلورات
قال ريكي إلويل، باحث ما بعد الدكتوراه في جامعة كاليفورنيا في لوس أنجليس، والحائز على جائزة «ديبورا جين» لعام 2025 لأفضل بحث في أطروحة الدكتوراه في الفيزياء الذرية عن إنجازه الرائد العام الماضي: «لقد بذلنا كل الجهد في تصنيع البلورات».
وفي العمل الجديد، قام فريق هدسون بترسيب كمية ضئيلة من الثوريوم على الفولاذ المقاوم للصدأ باستخدام تقنية الطلاء الكهربائي، وذلك بتعديل طفيف لطريقة تُستخدم في طلاء المجوهرات. تعتمد هذه التقنية، التي اختُرعت في أوائل القرن التاسع عشر، على تمرير تيار كهربائي عبر محلول موصل للكهرباء لترسيب طبقة رقيقة من الذرات من معدن إلى آخر. في صناعة المجوهرات، على سبيل المثال، يُطلى عنصر الفضة أو الذهب كهربائياً على قاعدة من معدن أقل قيمة.
يقول هدسون: «استغرقنا 5 سنوات لاكتشاف كيفية إنماء البلورات، والآن توصلنا إلى كيفية الحصول على النتائج نفسها باستخدام إحدى أقدم التقنيات الصناعية، وباستخدام كمية من الثوريوم أقل بألف مرة». وأضاف: «لطالما افترض الجميع أنه من أجل إثارة الثوريوم ومراقبة انتقاله النووي، يجب تضمينه في مادة شفافة للضوء المستخدم في إثارة النواة. وفي هذا العمل، أثبتنا أن هذا غير صحيح».
ولطالما سُعيَ إلى تطوير ساعات الجيل القادم كحلٍّ لمشكلة ذات تأثير بالغ على الأمن القومي: الملاحة دون نظام تحديد المواقع العالمي (GPS). فإذا ما عطّل مُخرِّبٌ - أو حتى عاصفة كهرومغناطيسية - عدداً كافياً من الأقمار الاصطناعية، ستتعطل جميع أجهزة الملاحة بنظام تحديد المواقع العالمي. وبالمثل، تستخدم الغواصات التي تغوص في أعماق المحيط، حيث لا تصل إشارات الأقمار الاصطناعية، الساعات الذرية للملاحة، إلا أن الساعات الحالية ليست دقيقة بما يكفي، وبعد بضعة أسابيع، يتعين على الغواصات الصعود إلى السطح للتحقق من موقعها. في هذه البيئات القاسية، تتفوق الساعة النووية، الأكثر حمايةً لبيئتها، على الساعات الذرية الحالية.
ساعات دقيقة
ووفق النتائج، قد تُسهم ابتكارات مثل هذه في تطوير ساعات أكثر دقةً وثباتاً، وهو أمرٌ بالغ الأهمية لكثير من تطبيقات الفضاء. وكما صرّح إريك بيرت، الذي يرأس مشروع الساعة الذرية عالية الأداء في مختبر الدفع النفاث التابع لـ«ناسا»، والذي لم يشارك في البحث: «يُمكن لساعات الثوريوم النووية أن تُحدث ثورةً في وضع مقياس زمني على مستوى النظام الشمسي، وهو أمرٌ ضروري لوجود بشري دائم على الكواكب الأخرى».
