Viime vuonna 2012 tuli kuluneeksi 45 vuotta siitä, kun ihmiskunta päätti käyttää atomiaikataulua ajan mittaamiseen mahdollisimman tarkasti. Vuonna 1967 kansainvälisessä SI-järjestelmässä ajan luokkaa ei enää määrätty tähtitieteellisillä asteikoilla - ne korvattiin cesiumin taajuusstandardilla. Hän sai nyt suositun nimen - atomikellot. Niiden avulla voit määrittää tarkan ajan, jonka virhe on yksi sekunti kolmessa miljoonassa vuodessa, minkä ansiosta niitä voidaan käyttää aikastandardina missä tahansa maailman kolkassa.
Hieman historiaa
Ison-Britannian fyysikko William Thomson ilmaisi ensimmäisenä vuonna 1879 ajatuksen atomivärähtelyjen käyttämisestä erittäin tarkkaan ajan mittaukseen. Resonaattoriatomien emitterin roolissa tämä tiedemies ehdotti vedyn käyttöä. Ensimmäiset yritykset toteuttaa ideaa tehtiin vasta 1940-luvulla. kahdeskymmenes vuosisata. Ja maailman ensimmäinen toimiva atomikelloilmestyi vuonna 1955 Isossa-Britanniassa. Niiden luoja oli brittiläinen kokeellinen fyysikko tohtori Louis Essen. Tämä kello toimi cesium-133-atomien värähtelyjen perusteella, ja niiden ansiosta tiedemiehet pystyivät lopulta mittaamaan aikaa paljon aiempaa tarkemmin. Essenin ensimmäinen laite salli enintään sekunnin virheen sadan vuoden välein, mutta myöhemmin mittausten tarkkuus moninkertaistui ja virhe sekunnissa voi kertyä vain 2-3 sadoissa miljoonissa vuosissa.
Atomikellot: miten ne toimivat
Miten tämä nerokas "laite" toimii? Resonanssitaajuusgeneraattorina atomikellot käyttävät molekyylien tai atomien energiatasoja kvanttitasolla. Kvanttimekaniikka muodostaa yhteyden "atomiydin-elektroni" -järjestelmän välille useilla erillisillä energiatasoilla. Jos tällaiseen järjestelmään vaikuttaa tiukasti määritellyn taajuuden omaava sähkömagneettinen kenttä, tämä järjestelmä siirtyy matal alta tasolta korkealle. Myös käänteinen prosessi on mahdollinen: atomin siirtyminen korkeamm alta tasolta alemmalle, johon liittyy energian päästö. Näitä ilmiöitä voidaan hallita ja tallentaa kaikkia energiahyppyjä luomalla jotain värähtelevän piirin k altaista (tätä kutsutaan myös atomioskillaattoriksi). Sen resonanssitaajuus vastaa viereisten atomien siirtymätasojen välistä energiaeroa jaettuna Planckin vakiolla.
Tällaisella värähtelypiirillä on kiistattomia etuja mekaanisiin ja tähtitieteellisiin edeltäjiinsä verrattuna. YhdelleTällaisella atomioskillaattorilla minkä tahansa aineen atomien resonanssitaajuus on sama, mitä ei voida sanoa heilureista ja pietsokiteistä. Lisäksi atomit eivät muuta ominaisuuksiaan ajan myötä eivätkä kulu. Siksi atomikello on erittäin tarkka ja lähes ikuinen kronometri.
Tarka aika ja moderni tekniikka
Televiestintäverkot, satelliittiviestintä, GPS, NTP-palvelimet, sähköiset kaupankäynnit pörssissä, verkkohuutokaupat, lippujen ostomenettely Internetin kautta - kaikki nämä ja monet muut ilmiöt ovat vakiintuneet elämäämme pitkään. Mutta jos ihmiskunta ei olisi keksinyt atomikelloa, kaikkea tätä ei yksinkertaisesti olisi tapahtunut. Tarkka, synkronoitu aika, jonka avulla voit minimoida virheet, viiveet ja viiveet, antaa henkilölle mahdollisuuden hyödyntää tätä korvaamatonta resurssia, jota ei ole koskaan liikaa.
