Contunico © ZDF Enterprises GmbH, MainzZobacz wszystkie filmy dla tego artykułu
Zegar atomowy, rodzaj zegara, który wykorzystuje pewne częstotliwości rezonansowe atomów (zwykle cezu lub rubidu) do odmierzania czasu z niezwykłą dokładnością. Elektroniczne komponenty zegarów atomowych są regulowane przez częstotliwość mikrofalowego promieniowania elektromagnetycznego. Tylko wtedy, gdy promieniowanie to jest utrzymywane na ściśle określonej częstotliwości, wywołuje ono przejście kwantowe (zmianę energii) atomów cezu lub rubidu. W zegarze atomowym te przejścia kwantowe są obserwowane i utrzymywane w pętli sprzężenia zwrotnego, która przycina częstotliwość promieniowania elektromagnetycznego; podobnie jak powtarzające się zdarzenia w innych typach zegarów, fale te są następnie zliczane.
W 1967 roku XIII Generalna Konferencja Miar i Wag ponownie zdefiniowała sekundę, jednostkę czasu w Międzynarodowym Układzie Jednostek, w kategoriach wzorca cezu, tak aby była równa sekundzie czasu efemerydalnego. Konferencja zdefiniowała sekundę jako „czas trwania 9,192,631,770 okresów promieniowania odpowiadającego przejściu pomiędzy dwoma poziomami nadsubtelnymi stanu podstawowego atomu cezu-133.”
Do lat 90-tych XX wieku zegar atomowy z wiązką cezu był najdokładniejszym standardem czasu i częstotliwości atomowej. Zasada działania zegara cezowego polega na tym, że wszystkie atomy cezu-133 są identyczne i kiedy absorbują lub uwalniają energię, wytwarzają promieniowanie o dokładnie tej samej częstotliwości, co sprawia, że atomy są doskonałymi czasomierzami. Od tego czasu laboratoria na całym świecie stale poprawiają dokładność cezowych fontannowych zegarów atomowych. Nazwa tych zegarów pochodzi od przypominającego fontannę ruchu gazu cezu, z którego są zbudowane. Proces odmierzania czasu rozpoczyna się od wprowadzenia gazu cezowego do komory próżniowej i skierowania sześciu laserów na podczerwień (umieszczonych pod kątem prostym względem siebie) w celu zagęszczenia i schłodzenia (spowolnienia) atomów cezu do temperatury bliskiej zera bezwzględnego. Następnie dwa pionowe lasery są używane do przesuwania atomów w górę o około metr (tworząc „fontannę”) przez wypełnioną mikrofalami wnękę. Częstotliwość mikrofal jest tak dostrojona, aby zmaksymalizować obserwowaną fluorescencję, która występuje przy naturalnej częstotliwości rezonansowej (9,192,631,770 Hz) atomu cezu. Ponieważ podróż przez wnękę mikrofalową trwa około sekundy, kontrola częstotliwości mikrofalowej zaowocowała większą dokładnością odmierzania czasu. Obecnie przewiduje się, że najlepsze zegary atomowe z fontanną cezu będą odbiegać od normy o mniej niż jedną sekundę w ciągu ponad 50 milionów lat.
Encyclopædia Britannica, Inc.
.