النافورة الذرية

النافورة الذرية عبارة عن مصيدة ذرية متعادلة تقيس الانتقال فائق الدقة الذري عن طريق دفع سحابة من الذرات المبردة بالليزر عموديًا والسماح لها بالسقوط عبر منطقة تفاعل تحت تأثير الجاذبية. تُبرد السحابة الذرية وتُدفع لأعلى بواسطة أشعة ليزر متقابلة في تكوين يشبه دبس السكر البصري . يُقاس الانتقال الذري بدقة باستخدام موجات ميكروية متماسكة أثناء مرور الذرات عبر منطقة التفاعل. يمكن استخدام الانتقال المقاس في قياسات الساعة الذرية بدقة عالية. ^{[ 1 ]}

تُستخدم طريقة رامزي لقياس الانتقال فائق الدقة في نافورة ذرية . ^{[ 2 ]} باختصار، تتضمن طريقة رامزي تعريض سحابة من الذرات لحقل كهرومغناطيسي بترددات الراديو (RF) لفترة وجيزة في منطقة التفاعل مرتين. بعد دفع الذرات عموديًا عبر منطقة التفاعل، تسقط عائدةً خلال زمن سقوط حر T ، قد يكون في حدود ثوانٍ. تسقط السحابة الذرية وتمر عائدةً عبر منطقة التفاعل، ثم تُعرَّض لنبضة RF ثانية. يُمسح تردد الميكروويف عبر الانتقال الذري عبر العديد من القياسات المتكررة لتحديد تردد الرنين. ^{[ 3 ]} تُحدد نسبة الذرات في السحابة التي انتقلت من الحالة الابتدائية إلى الحالة النهائية باستخدام آلية كشف. ^{[ 2 ]}

يُتيح استخدام نافورة ذرية مع سحابة ذرية مُبرّدة أوقات انتظار في حدود ثانية واحدة، مما ينتج عنه دقة تردد أعلى بكثير مقارنةً بحزمة ذرية ساخنة ، والتي قد تصل أوقات تفاعلها إلى عشرات الميكروثواني. ^{[ 2 ]} وهذا أحد أسباب استخدام ساعة نافورة السيزيوم NIST-F1 ، ^{[ 4 ]} ذات عدم استقرار كسري يبلغ${\displaystyle 2\times 10^{-16}}$يخسر أقل من نانوثانية واحدة في السنة. ساعة شعاع السيزيوم NIST-7 ، ذات عدم استقرار جزئي قدره${\displaystyle 1\times 10^{-14}}$، يفقد 30 نانوثانية في السنة. ^{[ 5 ]}

طُرحت فكرة النافورة الذرية لأول مرة في خمسينيات القرن العشرين على يد جيرولد زاكارياس . ^{[ 6 ] [ 7 ]} حاول زاكارياس تطبيق النافورة الذرية باستخدام حزمة حرارية من الذرات، بافتراض أن الذرات ذات السرعة المنخفضة في الطرف الأدنى من توزيع ماكسويل-بولتزمان ستكون ذات طاقة منخفضة بما يكفي لرسم مسار مكافئ ذي حجم معقول. ^{[ 8 ]} إلا أن المحاولة لم تنجح لأن الذرات السريعة في الحزمة الحرارية اصطدمت بالذرات ذات السرعة المنخفضة وشتتها. ^{[ 8 ]}