Prošle godine, 2012., bilo je četrdeset i pet godina otkako je čovječanstvo odlučilo koristiti atomsko mjerenje vremena za što točnije mjerenje vremena. Godine 1967. u Međunarodnom SI sustavu kategoriju vremena više nisu određivale astronomske ljestvice – zamijenio ih je cezijev standard frekvencije. Upravo je on dobio sada popularno ime - atomski satovi. Točno vrijeme koje vam omogućuju da odredite ima zanemarivu pogrešku od jedne sekunde u tri milijuna godina, što im omogućuje da se koriste kao vremenski standard u bilo kojem kutku svijeta.
Malo povijesti
Samu ideju korištenja atomskih vibracija za ultra-precizno mjerenje vremena prvi je izrazio britanski fizičar William Thomson 1879. U ulozi emitera rezonatorskih atoma, ovaj znanstvenik je predložio korištenje vodika. Prvi pokušaji da se ideja provede u praksi učinjeni su tek 1940-ih. dvadeseto stoljeće. I prvi atomski sat na svijetu koji radipojavio se 1955. u Velikoj Britaniji. Njihov je tvorac bio britanski eksperimentalni fizičar dr. Louis Essen. Ovaj sat radio je na temelju vibracija atoma cezija-133, a zahvaljujući njima znanstvenici su konačno mogli mjeriti vrijeme s puno većom preciznošću nego prije. Prvi Essenov uređaj dopuštao je pogrešku ne veću od sekunde na svakih sto godina, ali kasnije se točnost mjerenja višestruko povećala i pogreška po sekundi može se akumulirati samo u 2-3 stotine milijuna godina.
Atomski satovi: kako rade
Kako ovaj genijalni "uređaj" funkcionira? Kao generator rezonantne frekvencije, atomski satovi koriste energetske razine molekula ili atoma na kvantnoj razini. Kvantna mehanika uspostavlja vezu između sustava "atomska jezgra - elektroni" s nekoliko diskretnih energetskih razina. Ako na takav sustav utječe elektromagnetsko polje sa strogo određenom frekvencijom, tada će ovaj sustav prijeći s niske razine na visoku. Moguć je i obrnuti proces: prijelaz atoma s više razine na nižu, praćen emisijom energije. Te se pojave mogu kontrolirati i bilježiti sve energetske skokove stvaranjem nečeg poput oscilatornog kruga (naziva se i atomski oscilator). Njegova rezonantna frekvencija odgovarat će energetskoj razlici između susjednih atomskih prijelaznih razina, podijeljenoj s Planckovom konstantom.
Takav oscilatorni krug ima neosporne prednosti u odnosu na svoje mehaničke i astronomske prethodnike. Za jednogtakav atomski oscilator, rezonantna frekvencija atoma bilo koje tvari bit će ista, što se ne može reći za njihala i piezokristale. Osim toga, atomi s vremenom ne mijenjaju svoja svojstva i ne troše se. Stoga je atomski sat iznimno precizan i gotovo vječan kronometar.
Precizno vrijeme i moderna tehnologija
Telekomunikacijske mreže, satelitske komunikacije, GPS, NTP poslužitelji, elektroničke transakcije na burzi, online aukcije, postupak kupnje karata putem interneta - svi su ovi i mnogi drugi fenomeni odavno čvrsto ušli u naše živote. Ali da čovječanstvo nije izumilo atomski sat, svega ovoga jednostavno ne bi bilo. Točno vrijeme, sinkronizirano s kojim možete svesti na najmanju moguću mjeru bilo kakve pogreške, kašnjenja i kašnjenja, omogućuje osobi da maksimalno iskoristi ovaj neprocjenjivi nezamjenjivi resurs, kojeg nikad nije previše.
