שתי קבוצות חוקרים, מאוסטריה ומסין, הציגו שעונים גרעיניים פעילים – צעד חשוב בדרך לדור חדש של מכשירי מדידת זמן. בניגוד לשעונים האטומיים שמשמשים כיום כסטנדרט המדויק ביותר, השעונים החדשים מודדים שינוי ברמת האנרגיה של גרעין האטום עצמו. הם עדיין לא עולים על השעונים האטומיים המתקדמים ביותר בביצועים, אך עשויים בעתיד לשפר ניווט, תקשורת ולחשוף תופעות בפיזיקה שעדיין איננו מבינים.
עודכן: 9 באוקטובר 2026
5 דברים שצריך לדעת
- ההישג: שתי קבוצות מחקר בווינה ובבייג'ינג פיתחו בנפרד שעונים גרעיניים שפועלים בפועל. שני המחקרים התפרסמו ב־7 באוקטובר 2026 בכתב העת Nature.
- הטכנולוגיה: במקום למדוד שינויים באלקטרונים, המכשירים משתמשים במעבר אנרגיה בגרעין של האיזוטופ תוריום-229.
- החומר: הגרעינים משולבים בגביש סידן פלואורידי, ואור לייזר משמש להפעלת מעבר האנרגיה ולייצוב תדירות השעון.
- ההבטחה: ייתכן שבעתיד ניתן יהיה לבנות שעונים קטנים ועמידים יותר, בעלי דיוק יוצא דופן.
- המגבלה: נכון לעכשיו מדובר בהדגמות מחקריות, לא בשעונים שמחליפים את התקנים המתקדמים בעולם.
איך בכלל מודדים זמן בעזרת אטום?
השעון הרגיל שלנו נשען על פעולה מחזורית: במנגנון מכני זו יכולה להיות תנודת מטוטלת; בשעון קוורץ – תנודת גביש; ובשעון אטומי – תדירות מדויקת מאוד הקשורה למעבר בין מצבי אנרגיה של אלקטרונים. מדידת המחזוריות מאפשרת לקבוע את משך הזמן בדיוק גבוה במיוחד.
הגדרת השנייה הבינלאומית מבוססת כיום על מעבר מסוים באטום צזיום-133. שעונים אופטיים ניסיוניים יכולים להגיע לרמת דיוק גבוהה עוד יותר, אך השימוש בהם כתקן בינלאומי דורש תהליכי מדידה והשוואה קפדניים.
מה ההבדל בין שעון אטומי לשעון גרעיני?
שעון אטומי מסתמך בדרך כלל על שינוי במצב האנרגיה של אלקטרון המקיף את הגרעין. שעון גרעיני משתמש בשינוי בתוך גרעין האטום עצמו. מכיוון שהגרעין קטן בהרבה, חלק מההשפעות החיצוניות שמפריעות למדידה עשויות להיות חלשות יותר. זו אחת הסיבות שמדענים סבורים שלשעון גרעיני יש פוטנציאל להיות יציב ומדויק במיוחד.
לרוב גרעיני האטומים דרושה אנרגיה גבוהה מדי כדי לשלוט במעבר שלהם בלייזר רגיל. תוריום-229 יוצא דופן: קיימים בו מצבי אנרגיה קרובים יחסית, ולכן אפשר לעורר מעבר ביניהם באמצעות אור בתחום העל־סגול העמוק.
מה עשו החוקרים בווינה ובבייג'ינג?
הצוותים פיתחו מערכות שמייצבות את תדירות הלייזר באמצעות מעבר גרעיני של תוריום-229 בתוך גביש מוצק. הצוות בווינה הציג מערכת בעלת משוב שפעלה במשך יותר מיממה ברציפות; הצוות בבייג'ינג הדגים גם הוא ייצוב לייזר באמצעות התהודה הגרעינית. עצם הפיכת התופעה הפיזיקלית למערכת השומרת על תדירות מוגדרת היא ההתקדמות העיקרית.
חשוב להדגיש: זו אינה הפעם הראשונה שבה מדענים הבחינו במעבר אנרגיה בתוריום-229. פריצת הדרך החדשה היא בהפיכת המעבר לבסיס של שעון מתפקד, עם בקרה וייצוב.
למה זה יכול לשנות את חיינו?
מערכות ניווט לווייניות תלויות במדידת זמן מדויקת, וכך גם רשתות תקשורת, מעבדות מחקר ותשתיות פיננסיות. ככל שמודדים זמן בדיוק רב יותר, אפשר לשפר סנכרון ומדידת מרחקים. שעונים גרעיניים עשויים בעתיד לתרום לתחומים האלה, אך עדיין אין לוח זמנים לשימוש מסחרי רחב.
ומה הקשר לחומר אפל?
מדידת זמן מדויקת מאפשרת לבחון אם קבועים פיזיקליים בסיסיים משתנים בשיעורים זעירים. השוואה בין סוגי שעונים שונים יכולה לסייע בחיפוש אחר השפעות שעדיין אין להן הסבר במסגרת המודלים הקיימים, לרבות השערות מסוימות על חומר אפל. זהו כלי מחקר אפשרי – לא גילוי של חומר אפל.
מה עדיין צריך לפתור?
המערכות הנוכחיות עדיין דורשות ציוד מדעי מורכב, לייזרים מיוחדים וחומר איזוטופי לא נפוץ. החוקרים צריכים לשפר את היציבות, לצמצם רעשים ולהשוות את השעונים לתקנים אופטיים מתקדמים לאורך זמן. בנוסף יש חשיבות לפיתוח מכשור שניתן להפעיל בתנאים מחוץ למעבדה.
אחרי מה לעקוב
השלב הבא יהיה שיפור מדידות היציבות והדיוק, השוואות ממושכות בין מעבדות, ופיתוח מערכות קומפקטיות ועמידות יותר. רק אז ניתן יהיה להעריך עד כמה השעון הגרעיני מתאים לשימוש מעשי.
הזווית הישראלית
טכנולוגיות ניווט, תקשורת ומדידה מדויקת רלוונטיות גם לתעשיות המחקר והטכנולוגיה בישראל. בשלב הזה מדובר בהתפתחות מדעית בינלאומית, ולא במוצר חדש שכבר עומד לשנות את השימוש היומיומי בישראל.
שאלות ותשובות
מה זה שעון גרעיני?
שעון המשתמש במעבר בין מצבי אנרגיה בגרעין האטום כדי לייצב תדירות ולמדוד זמן.
האם שעון גרעיני מדויק יותר משעון אטומי?
הפוטנציאל קיים, אבל ההדגמות הראשונות עדיין אינן עולות על השעונים האטומיים האופטיים המובילים.
מה זה תוריום-229?
איזוטופ רדיואקטיבי של תוריום שיש בגרעינו מעבר אנרגיה נמוך יחסית, הנגיש לעירור בלייזר.
האם אפשר לקנות שעון גרעיני?
לא מדובר במוצר צרכני. המערכות החדשות הן אבות טיפוס מחקריים.
האם השעון הגרעיני יחליף GPS?
לא. שעון מדויק יותר יכול לסייע בעתיד למערכות ניווט לווייניות, אך אינו מחליף את מערכת הניווט עצמה.
מקורות
- Nature – מחקר הקבוצה מווינה
- Nature – מחקר הקבוצה מבייג'ינג
- האוניברסיטה הטכנולוגית של וינה – הודעה רשמית
