طور علماء في سنغافورة ما وصفوه بأنه أدق ساعة ذرية في العالم، بدقة استثنائية تجعلها لا تفقد ثانية واحدة إلا بعد مرور أكثر من 260 مليار سنة نظرياً، في إنجاز قد يسهم مستقبلاً في إعادة تعريف وحدة «الثانية» عالمياً.
وأعلن فريق من مركز تقنيات الكم في جامعة سنغافورة الوطنية تطوير الساعة باستخدام عنصر اللوتيتيوم، بعدما تمكن من قياس ترددها بدقة تصل إلى 19 منزلة عشرية، مسجلاً مستوى من عدم اليقين يبلغ نحو جزء واحد من (10^{19})، وهو الأدنى المسجل حتى الآن لساعة ذرية ضوئية.
ونُشرت نتائج البحث في دورية Nature العلمية في 23 سبتمبر 2026.
أكثر دقة من الرقم القياسي السابق
وقال قائد الفريق البحثي موراي باريت، الباحث في مركز تقنيات الكم والأستاذ المشارك في قسم الفيزياء بجامعة سنغافورة الوطنية، إنه واثق بأن ما طوره الفريق يمثل أدق ساعة في العالم حالياً.
وبحسب «Nature»، فإن الساعة الجديدة أكثر دقة بنحو 4 مرات من صاحبة الرقم القياسي السابق، التي اعتمدت على أيونات الكالسيوم.
ولا تعتمد الساعة على تروس أو أجزاء ميكانيكية لقياس الزمن، وإنما على الانتقالات بين مستويات الطاقة داخل الذرة؛ إذ يضبط الباحثون شعاع ليزر على تردد انتقال ذري بالغ الثبات، وتعمل اهتزازات الضوء بمثابة «بندول» فائق السرعة لقياس الوقت.
ذرة واحدة من اللوتيتيوم
وتتكون كل ساعة طورها الباحثون من أيون واحد مشحون من نظير اللوتيتيوم-176، ويرتبط الانتقال المستخدم لقياس الوقت بليزر يبلغ طوله الموجي 848 نانومتراً.
وللتأكد من الدقة، لم يكتف الباحثون بحساب مقدار الخطأ نظرياً، بل بنوا ساعتين مستقلتين وقارنوا أداءهما لأكثر من 200 ساعة باستخدام تقنية تُعرف باسم «مطيافية الارتباط».
وأظهرت المقارنة توافق الساعتين عند مستوى عدم يقين بلغ (5.7 × 10^{-19})، في ما وصفه الفريق بأنه أدق مقارنة مباشرة بين ساعتين أُجريت حتى الآن.
لماذا اللوتيتيوم؟
وتكمن إحدى مزايا اللوتيتيوم في أن الانتقال الذري المستخدم في الساعة قليل التأثر بالتغيرات البيئية، مثل الحرارة والمجالات المغناطيسية، التي يمكن أن تؤثر ولو بدرجات ضئيلة للغاية في دقة الساعات الذرية الأخرى.
وقال الباحثون إن هذه الخصائص قد تسمح بالحفاظ على مستويات عالية من الدقة في نطاق أوسع من الظروف، وهو ما قد يساعد مستقبلاً على إخراج هذه التقنية من المختبر وتحويلها إلى أنظمة قابلة للنقل.
حساسة لفارق ارتفاع لا يتجاوز بضعة مليمترات
وتصل حساسية الساعة إلى درجة أن تأثير الجاذبية في مرور الزمن يصبح عاملاً يمكن قياسه؛ إذ استطاعت مقارنة الساعتين رصد تأثير يعادل فرقاً في الارتفاع يبلغ نحو 5 مليمترات.
وتنبع هذه القدرة من النسبية العامة، التي تعني أن الزمن يمر بمعدلات مختلفة قليلاً باختلاف قوة مجال الجاذبية.
وقد تتيح هذه الحساسية مستقبلاً استخدام الساعات الذرية فائقة الدقة في قياس التغيرات الدقيقة في مجال الجاذبية الأرضية ودراسة ارتفاع سطح الأرض، إضافة إلى اختبار نظريات الفيزياء الأساسية والبحث عن إشارات محتملة للمادة المظلمة أو تغير الثوابت الفيزيائية.
هل تتغير «الثانية»؟
وتُعرّف الثانية حالياً بالاعتماد على ذرة السيزيوم-133، لكن الساعات الذرية الضوئية الحديثة تجاوزت دقة الساعات القائمة على السيزيوم بدرجات كبيرة.
ويبحث المجتمع العلمي الدولي حالياً الانتقال إلى معيار ضوئي أكثر دقة لتعريف الثانية، فيما تشير جامعة سنغافورة الوطنية إلى أن إعادة التعريف متوقعة في عام 2030 أو بعده.
ويأمل الباحثون أن يكون الإنجاز الجديد جزءاً من البيانات العلمية التي ستُستخدم لاختيار المعيار المستقبلي للزمن، فيما يعمل الفريق في المرحلة القادمة على تصغير الساعة وتحويلها من منظومة مختبرية إلى نظام قابل للنقل.
Scientists in Singapore have developed what they describe as the most accurate atomic clock in the world, with exceptional precision that allows it to lose just one second after theoretically more than 260 billion years, an achievement that could contribute to redefining the unit of "second" globally in the future.
A team from the Centre for Quantum Technologies at the National University of Singapore announced the development of the clock using the element lutetium, after successfully measuring its frequency with a precision of up to 19 decimal places, recording a level of uncertainty of about one part in (10^{19}), which is the lowest recorded so far for an optical atomic clock.
The research results were published in the scientific journal Nature on September 23, 2026.
More Accurate than the Previous Record
The team leader, Murray Barrett, a researcher at the Centre for Quantum Technologies and an associate professor in the Department of Physics at the National University of Singapore, stated that he is confident that what the team has developed represents the most accurate clock in the world currently.
According to "Nature," the new clock is about 4 times more accurate than the previous record holder, which relied on calcium ions.
The clock does not rely on gears or mechanical parts to measure time, but rather on transitions between energy levels within the atom; researchers tune a laser beam to a highly stable atomic transition frequency, and the vibrations of light act as a super-fast "pendulum" for measuring time.
One Atom of Lutetium
Each clock developed by the researchers consists of a single charged ion of the isotope lutetium-176, with the transition used for time measurement linked to a laser with a wavelength of 848 nanometers.
To ensure accuracy, the researchers did not just calculate the theoretical error, but built two independent clocks and compared their performance over more than 200 hours using a technique known as "correlation spectroscopy."
The comparison showed that the two clocks agreed at an uncertainty level of (5.7 × 10^{-19}), in what the team described as the most accurate direct comparison between two clocks conducted to date.
Why Lutetium?
One of the advantages of lutetium is that the atomic transition used in the clock is less affected by environmental changes, such as temperature and magnetic fields, which can affect the accuracy of other atomic clocks even to very slight degrees.
The researchers stated that these properties could allow for maintaining high levels of accuracy across a wider range of conditions, which could help in the future to take this technology out of the laboratory and turn it into portable systems.
Sensitive to Height Differences of Just a Few Millimeters
The clock's sensitivity is such that the effect of gravity on the passage of time becomes a measurable factor; the comparison of the two clocks was able to detect an effect equivalent to a height difference of about 5 millimeters.
This capability arises from general relativity, which means that time passes at slightly different rates depending on the strength of the gravitational field.
This sensitivity could potentially allow for the use of ultra-precise atomic clocks in measuring subtle changes in the Earth's gravitational field and studying changes in the Earth's surface height, in addition to testing fundamental physics theories and searching for potential signals of dark matter or changes in physical constants.
Will the "Second" Change?
The second is currently defined based on the cesium-133 atom, but modern optical atomic clocks have surpassed the accuracy of cesium-based clocks by significant margins.
The international scientific community is currently exploring the transition to a more accurate optical standard for defining the second, while the National University of Singapore indicates that a redefinition is expected in 2030 or later.
The researchers hope that this new achievement will be part of the scientific data that will be used to select the future standard for time, while the team works in the next phase to miniaturize the clock and transform it from a laboratory system into a portable system.
