Atomska ura: zgodovina in modernost

V preteklosti, 2012, je bilo petinštirideset let od trenutka, ko se je človeštvo odločilo za uporabo atomskega časa za najbolj natančno merjenje časa. Leta 1967 v Mednarodni SI sistem kategorija časov ni več določena z astronomskimi lestvami - je nadomestil cezijski standard frekvence. To je bil tisti, ki je dobil zdaj priljubljeno ime - atomska ura. Natančen čas, ki nam ga omogočajo, je v treh milijonih let nepomembno napako ene sekunde, kar nam omogoča, da jih uporabljamo kot standard časa v kateremkoli delu sveta.

Malo zgodovine

Sama zamisel o uporabi vibracij atomov za natančno merjenje časa je prvič izrazil leta 1879 britanski fizik William Thomson. V vlogi oddajnika atomov-resonatorjev je ta znanstvenik predlagal uporabo vodika. Prvi poskusi uresničitve ideje v praksi so bili narejeni šele v 40. letih. dvajsetega stoletja. Prve delovne atomske ure na svetu so se pojavile leta 1955 v Združenem kraljestvu. Njihov ustvarjalec je bil britanski fizik eksperimentator dr. Louis Essen. Ura je delovala na podlagi vibracij atomov cezija-133 in zahvaljujoč se jim je znanstvenikom končno uspelo izmeriti čas z veliko večjo natančnostjo kot prej. Prva naprava Essen je dovolila napako največ sto sekund za vsakih sto let, a kasneje natančnost meritev se je napaka pomnožila, napaka na sekundo pa se je lahko izvajala samo 2-3 do 10 milijonov let.

Atomska ura: načelo delovanja

Kako deluje ta zvijača "naprava"? Kot generator resonančne frekvence se uporablja atomska ura energijske ravni molekule ali atome na kvantni ravni. Kvantna mehanika vzpostavlja povezavo med sistemom "atomsko jedro - elektroni" z več diskretnimi ravnmi energije. Če je takšen sistem prizadet elektromagnetno polje s strogo določeno frekvenco, se bo ta sistem prešel z nizke na visoko raven. Možen je tudi inverzen proces: prehod atoma z višje ravni na nižji, skupaj s sevanjem energije. Te pojave je mogoče nadzorovati in popraviti vse energetske skoke, kar ustvarja nekaj podobnega oscilatornemu vezju (imenuje se tudi atomski oscilator). Njena resonančna frekvenca bo ustrezala razliki v energiji sosednjih nivojev atomskega prehoda, deljeno s konstanto Plancka.

Tako oscilatorsko vezje ima nedvomne prednosti v primerjavi z njegovimi mehanskimi in astronomskimi predhodniki. Za en tak atomski oscilator bo resonančna frekvenca atomov vsake snovi enaka, kar pa ne moremo reči za nihala in piezoelektrične kristale. Poleg tega atomi ne spreminjajo svojih lastnosti skozi čas in se ne obrabijo. Zato je atomska ura zelo natančen in praktično večni kronometer.

Natančen čas in sodobne tehnologije

Telekomunikacijska omrežja, satelitske komunikacije, GPS, NTP-strežniki, elektronske transakcije na borzi, spletne dražbe, postopek nakupa vstopnic prek interneta - vsi ti in mnogi drugi pojavi so že dolgo trdno utrjeni v našem življenju. Toda če človeštvo ni izmislilo atomske ure, se ne bi zgodilo. Natančen čas, s katerim lahko sinhronizirate vse napake, zamude in zamude, omogoča čim večjemu izkoristku tega neprecenljivega nenadomestljivega vira, ki ni nikoli preveč.