Vorig jaar, 2012, was het vijfenveertig jaar geleden dat de mensheid besloot om atomaire tijdwaarneming te gebruiken om de tijd zo nauwkeurig mogelijk te meten. In 1967, in het International SI-systeem, werd de categorie tijd niet langer bepaald door astronomische schalen - ze werden vervangen door de cesium-frequentiestandaard. Hij was het die de nu populaire naam ontving - atoomklokken. De exacte tijd die u kunt bepalen, heeft een verwaarloosbare fout van één seconde in drie miljoen jaar, waardoor ze in elke uithoek van de wereld als tijdstandaard kunnen worden gebruikt.
Een beetje geschiedenis
Het idee om atomaire trillingen te gebruiken voor ultranauwkeurige tijdmeting werd voor het eerst uitgedrukt in 1879 door de Britse natuurkundige William Thomson. In de rol van de emitter van resonatoratomen stelde deze wetenschapper het gebruik van waterstof voor. De eerste pogingen om het idee in de praktijk te brengen werden pas in de jaren veertig gedaan. twintigste eeuw. En 's werelds eerste werkende atoomklokverscheen in 1955 in het Verenigd Koninkrijk. Hun schepper was de Britse experimenteel fysicus Dr. Louis Essen. Deze klok werkte op basis van trillingen van cesium-133-atomen, en dankzij hen konden wetenschappers eindelijk de tijd met een veel grotere nauwkeurigheid dan voorheen meten. Het eerste apparaat van Essen stond elke honderd jaar een fout toe van niet meer dan een seconde, maar daarna nam de nauwkeurigheid van de metingen vele malen toe en de fout per seconde kan zich alleen in 2-3 honderden miljoenen jaren ophopen.
Atoomklokken: hoe ze werken
Hoe werkt dit ingenieuze "apparaat"? Als een resonantiefrequentiegenerator gebruiken atoomklokken de energieniveaus van moleculen of atomen op kwantumniveau. De kwantummechanica legt een verband tussen het "atoomkern - elektronen"-systeem met verschillende discrete energieniveaus. Als een dergelijk systeem wordt beïnvloed door een elektromagnetisch veld met een strikt gespecificeerde frequentie, dan zal dit systeem van een laag naar een hoog niveau gaan. Het omgekeerde proces is ook mogelijk: de overgang van een atoom van een hoger naar een lager niveau, vergezeld van de emissie van energie. Deze verschijnselen kunnen worden gecontroleerd en geregistreerd door alle energiesprongen te maken door zoiets als een oscillerend circuit te creëren (het wordt ook wel een atomaire oscillator genoemd). De resonantiefrequentie komt overeen met het energieverschil tussen aangrenzende atomaire overgangsniveaus, gedeeld door de constante van Planck.
Zo'n oscillerend circuit heeft onmiskenbare voordelen ten opzichte van zijn mechanische en astronomische voorgangers. Voor eenzo'n atomaire oscillator zal de resonantiefrequentie van de atomen van elke stof hetzelfde zijn, wat niet gezegd kan worden over slingers en piëzokristallen. Bovendien veranderen atomen hun eigenschappen niet in de loop van de tijd en verslijten ze niet. Daarom is de atoomklok een uiterst nauwkeurige en bijna eeuwigdurende chronometer.
Precieze tijd en moderne technologie
Telecommunicatienetwerken, satellietcommunicatie, GPS, NTP-servers, elektronische transacties op de beurs, online veilingen, de procedure voor het kopen van tickets via internet - al deze en vele andere verschijnselen zijn al lang stevig verankerd in ons leven. Maar als de mensheid de atoomklok niet had uitgevonden, zou dit allemaal gewoon niet zijn gebeurd. Nauwkeurige tijd, gesynchroniseerd waarmee u fouten, vertragingen en vertragingen kunt minimaliseren, stelt een persoon in staat om het meeste te halen uit deze onschatbare, onvervangbare hulpbron, die nooit te veel is.
