Eelmisel aastal, 2012, möödus nelikümmend viis aastat ajast, mil inimkond otsustas kasutada aatomikella ajavõttu, et võimalikult täpselt aega mõõta. 1967. aastal ei määratud rahvusvahelises SI-süsteemis aja kategooriat enam astronoomilised skaalad – need asendati tseesiumi sagedusstandardiga. Just tema sai nüüd populaarse nime - aatomkellad. Täpse aja, mille nad võimaldavad teil määrata, viga on tühine üks sekund kolme miljoni aasta kohta, mis võimaldab neid kasutada ajastandardina igas maailma nurgas.
Natuke ajalugu
Idee kasutada aatomivibratsiooni ülitäpse aja mõõtmiseks väljendas esmakordselt 1879. aastal Briti füüsik William Thomson. Resonaatoriaatomite emitteri rollis pakkus see teadlane välja vesiniku kasutamise. Esimesed katsed ideed ellu viia tehti alles 1940. aastatel. kahekümnendal sajandil. Ja maailma esimene töötav aatomkellilmus 1955. aastal Ühendkuningriigis. Nende looja oli Briti eksperimentaalfüüsik dr Louis Essen. See kell töötas tseesium-133 aatomite vibratsioonide baasil ja tänu neile said teadlased lõpuks mõõta aega senisest palju suurema täpsusega. Esseni esimene seade lubas iga saja aasta kohta mitte rohkem kui sekundilist viga, kuid hiljem suurenes mõõtmiste täpsus mitu korda ja viga sekundis võib koguneda vaid 2-3 sadade miljonite aastatega.
Aatomkellad: kuidas need töötavad
Kuidas see geniaalne "seade" töötab? Resonantssageduse generaatorina kasutavad aatomkellad molekulide või aatomite energiatasemeid kvanttasemel. Kvantmehaanika loob seose mitme diskreetse energiatasemega süsteemi "aatomituum – elektronid" vahel. Kui sellist süsteemi mõjutab rangelt määratud sagedusega elektromagnetväli, läheb see süsteem madal alt tasemelt kõrgele. Võimalik on ka pöördprotsess: aatomi üleminek kõrgem alt tasemelt madalamale, millega kaasneb energia eraldumine. Neid nähtusi saab kontrollida ja salvestada kõiki energiahüppeid, luues midagi võnkeahela taolist (seda nimetatakse ka aatomostsillaatoriks). Selle resonantssagedus vastab energia erinevusele naaberaatomi üleminekutasemete vahel, jagatud Plancki konstandiga.
Sellisel võnkeahelal on vaieldamatud eelised võrreldes selle mehaaniliste ja astronoomiliste eelkäijatega. Ühe jaokssellise aatomi ostsillaatori korral on mis tahes aine aatomite resonantssagedus sama, mida ei saa öelda pendlite ja piesokristallide kohta. Lisaks ei muuda aatomid aja jooksul oma omadusi ega kulu. Seetõttu on aatomkell äärmiselt täpne ja peaaegu igavene kronomeeter.
Täpne aeg ja kaasaegne tehnoloogia
Telekommunikatsioonivõrgud, satelliitside, GPS, NTP-serverid, elektroonilised tehingud börsil, veebioksjonid, Interneti kaudu piletite ostmise kord – kõik need ja paljud teised nähtused on meie elus juba ammu kinnistunud. Aga kui inimkond poleks aatomkella leiutanud, poleks seda kõike lihts alt juhtunud. Täpne, sünkroonitud aeg, millega saate minimeerida vigu, viivitusi ja viivitusi, võimaldab inimesel seda hindamatut asendamatut ressurssi maksimaalselt ära kasutada, mida pole kunagi liiga palju.
