นักฟิสิกส์เมืองผู้ดี พบวิธีสร้างนาฬิกาอะตอมให้แม่นยำมากขึ้น จากเดิมที่เคยใช้การสั่นซีเซียมเป็นมาตรฐาน ลองเปลี่ยนมาเป็นสตรอนเทียมแทน อีกทั้งเลเซอร์ในกระบวนการยังซับซ้อนน้อยกว่า เชื่อหากนาฬิกาอะตอมนี้สำเร็จจริง จะพลิกโฉมวงการวิทยาศาสตร์ไม่น้อย โดยเฉพาะเทคโนลียีนำร่องอย่างยานอวกาศเดินทางข้ามกาแล็กซี่
นักฟิสิกส์ของห้องปฏิบัติการฟิสิกส์แห่งชาติหรือเอ็นพีแอล (National Physical Laboratory: NPL) ของอังกฤษ ได้สร้างนาฬิกาอะตอม (Atomic clock) ที่แม่นยำมากขึ้น และคาดหวังว่าจะมีความเที่ยงตรงได้ถึงล้านล้านปี โดยมีการทำงานอยู่บนพื้นฐานของอะตอมที่เย็นยิ่งยวดด้วยการควบคุมของเลเซอร์ ทั้งนี้มีการพัฒนานาฬิกาอะตอมออกมามากมายแต่งานวิจัยของทีมเอ็นพีแอลสร้างความก้าวหน้าที่เห็นได้ชัดเจนที่สุด
"ผมศึกษาเรื่องนี้มากกว่า 20 ปี ผลงานนี้นับว่าเป็นสิ่งที่สำคัญท่ามกลางผลงานสำคัญอื่นๆ ที่ทีมของพวกเราเคยทำ และเป็นหนึ่งในการพัฒนาที่สำคัญที่สุดในประวัติศาสตร์ 104 ปี ของ เอ็นพีแอลเลยทีเดียว" ศาสตราจารย์แพทริก กิล (Professor Patrick Gill) กล่าว อีกทั้งในวารสาร “ไซน์” (Science) ยังระบุว่าการทำงานของนักวิจัยอังกฤษนี้ช่วยให้ได้นาฬิกาที่บอกวินาทีได้แม่นยำยิ่งขึ้น และเป็นการโครงสร้างการทำงานใหม่ของนาฬิกาอะตอมเพื่อนำไปสู่ความแม่นยำมากขึ้น
นาฬิกาอะตอมเป็นนาฬิกาที่มีความแม่นยำสูง ทำงานโดยอาศัยธรรมชาติของอะตอมหรือโมเลกุล ที่มีกระบวนการบางอย่างเกิดขึ้นอย่างสม่ำเสมอและตรวจจับได้ ดังเช่น การปล่อยพลังงานในรูปของโฟตอนหรือกัมมันตภาพรังสี ออกมาอย่างสม่ำเสมอเป็นประจำของธาตุกัมมันตรังสี หรือการสั่นของโมเลกุลอย่างสม่ำเสมอ ซึ่งอย่างหลังเป็นหลักการของนาฬิกาอะตอมที่ใช้อ้างอิงในปัจจุบัน หลักการคือวัดความถี่การสั่นของอะตอมซีเซียม (Cs) ซึ่งมีความถี่ 9.2 ล้านล้านครั้งต่อวินาทีหรือเฮิร์ต (Hz) และจะมีความแม่นยำนานถึง 30 ล้านปี
นาฬิกาอะตอมสร้างขึ้นเพื่อประโยชน์ที่หลากหลายไม่ว่าจะใช้ส่งสัญญาณโทรทัศน์ คำนวณการส่งผ่านของธนาคาร จัดการข้อมูลผ่านเครือข่ายหรือนำทางเครื่องบินให้ข้ามโลกอย่างปลอดภัยโดยอาศัยประโยชน์จากเวลาที่ไม่คลาดเคลื่อน แต่ว่านาฬิกาอะตอมภายใต้การพัฒนาของศาสตราจารย์กิลและคณะนั้น มีความถี่มากกว่านาฬิกาอะตอมในปัจจุบัน นาฬิกาอะตอมของพวกเขาจึงมีความแม่นยำมากกว่าที่ใช้อยู่ในปัจจุบัน
ก่อนหน้านี้ในปี ค.ศ.2001 สถาบันมาตรฐานและเทคโนโลยีแห่งชาติสหรัฐหนือ “นิสต์” (The US National Institute of Standard and Technology: NIST) ได้พัฒนาวิธีในการสร้างนาฬิกาอะตอมที่มีพื้นฐานบนการเปลี่ยนระดับพลังงานของไอออนเดี่ยวของปรอท (Hg) ที่ถูกทำให้เย็น (cooled mercury ion) และใช้เลเชอร์เพื่อจัดตำแหน่งการกระโดดของไอออนและนับช่วงเวลาสั้นๆ ในการสั้นของอะตอมหรือทีเรียกว่า “ติ๊ก” ซึ่งทุกๆ 1 วินาทีจะมีการกระโดดของไอออนถึงกว่าล้านล้านครั้ง
และตอนนี้เอ็นพีแอลก็ได้ใช้หลักการเดียวกัน แต่มีความแตกต่างตรงที่ทีมวิจัยของพวกเขาใช้ไอออนเดี่ยวของสตรอนเทียม (Sr) ที่ถูกทำให้เย็นยิ่งยวด (super-cooled strontium ion) ตามรายงานของวารสาร “ไซน์”ระบุว่าสิ่งนี้เป็นปัจจัย 1 ใน 3 ที่มีความแม่นยำมากกว่านาฬิกาอื่นๆ ที่ได้รับรายงานก่อนหน้า โดย ดร.เฮเลน มาร์กอลิส (Dr.Helen Margolis) แห่งเอ็นพีแอลอธิบายว่า ในงานวิจัยที่แต่ละอย่างนั้นใช้ไอออนของธาตุที่ไม่เหมือนกัน ซึ่งก็มีข้อดีข้อด้อยแตกต่างกัน อย่างการใช้สตรอนเทียมก็จะมีข้อดีกว่าการปรอทตรงที่เลเซอร์สำหรับสร้างมาตรฐานจะมีความซับซ้อนน้อยกว่า
ผลการทดลองบ่งว่านาฬิกาอะตอมที่ทีมวิจัยของเอ็นพีแอลทำได้นั้นจะมีความแม่นยำ 10 ล้านปี แต่อย่างไรก็ดีพวกเขาเชื่อมั่นว่าจะสามารถทำนาฬิกาอะตอมที่มีความแม่นยำมากกว่านาฬิกาอะตอมที่พวกเขาทำได้ในปัจจุบันถึง 1,000 เท่า หากสิ่งที่พวกเขาเป็นจริงขึ้นมา งานวิจัยต่างๆ จะต้องเปลี่ยนคำจำกัดความของ “วินาที” ใหม่ จากที่เคยอ้างอิงการสั่นของอะตอมซีเซียมมาเป็นการสั่นของสตรอนเทียมตามงานวิจัยที่พวกเขากำลังศึกษาแทน และแน่นอนว่านักวิจัยอเมริกันเองก็ได้พูดถึงการสร้างนาฬิกาอะตอมที่เข้าใกล้ความสมบูรณ์แบบที่มีความแม่นยำในระดับล้านล้านปีเช่นเดียว
ดร.มาร์กอลิสเชื่อว่าเวลาที่แม่นยำมากขึ้นนั้นจะช่วยปรับปรุงระบบนำร่องสัญญาณดาวเทียมอย่างระบบจีพีเอส (GPS) และคาดว่าจะถูกนำไปใช้ในระบบกาลิเลโอ (Galileo) ระบบนำร่องสัญญาณดาวเทียมของยุโรปในไม่ช้า และเธอยังกล่าวว่าหากเราต้องการส่งยานอวกาศไปยังส่วนต่างๆ ของกาแลกซี่ เราจำเป็นต้องมีนาฬิกาที่มีความแม่นยำสูงในการนำร่อง นอกจากนี้มาตรฐานใหม่ของเวลายังเพิ่มอุปกรณ์ให้มีประสิทธิภาพมากขึ้นมหาศาลเพื่อใช้ทดสอบกฎของฟิสิกส์ และช่วยแก้ปัญหาทางวิทยาศาสตร์ที่เกิดขึ้นเมื่อเร็วๆ นี้ว่าจริงๆ แล้วค่าคงที่ทางฟิสิกส์จริงๆ แล้วคงที่แน่นอนหรือว่าเปลี่ยนแปลงไปตามกาลเวลา
