Zegar atomowy – doskonałość i dokładność

W tym artykule dowiecie się czym dokładnie jest zegar atomowy i dlaczego nosi miano jednego z najdokładniejszych na świecie. Przedstawimy wam historię urządzenia oraz opiszemy metodę działania tego szalenie precyzyjnego mechanizmu. Sama nazwa wskazuje na coś bardzo skomplikowanego – czy tak jest w rzeczywistości? Zapraszamy do lektury…

Działanie zegara atomowego

Jest to urządzenie opierające swoją pracę na zliczaniu okresów wzorca atomowego samej częstotliwości. Brzmi już strasznie? Bazuje także na oscylacji stanów energetycznych atomu cezu. Ważnym faktem jest także uruchomienie kilka lat temu zegara atomowego w Polsce – tym samym nasz kraj dołączył do bardzo wąskiej grypy państw, które posiadają najbardziej dokładny model. W Borówcu, w Obserwatorium Astrogeodynamicznym CBK PAN uruchomiono pracę fontanny cezowej. Urządzenie wyposażone jest w komorę próżniową, dzięki której atomy podczas kumulacji zostają wyrzucone do góry, a w momencie opadu chmury atomów cezu dochodzi do jej oświetlenia za pomocą wytworzonych mikrofal. Odpowiednia częstotliwość powoduje, że atomy zaczynają świecić. Mikrofale odpowiednio dostrojone do częstotliwości rezonansowej uaktywniają jak największą liczbę atomów cezu, a to w odpowiedzi daje nam wzorzec najbardziej precyzyjnie zbliżony do realnej sekundy. Aby ukazać dokładność mechanizmu wystarczy spojrzeć na wyniki naszego rodzimego zegara, który posiada odchylenie od normy w wysokości jednej sekundy na około dwieście milionów lat!

Zastosowanie w praktyce

Zegary atomowe są bardzo drogimi urządzeniami, których ciężko używać normalnym życiu. Ich dokładność nie powoduje ich niezbędności podczas wykonywania zwyczajnych, codziennych i życiowych czynności. Zegary ścienne zdają się być w tym wypadku w zupełności wystarczające. Jednak, gdy zajdzie potrzeba dokładnego pomiaru czasu, częściej sięga się po mechanizmy oparte na działaniu zegara atomowego, a informacje przekazywane są za pomocą Internetu lub systemu opartego na działaniu fal radiowych. To właśnie za pomocą fal radiowych synchronizowane są zegarki sterowane radiowo, czyli potrafiące odbierać sygnał radiowy przekazujący dokładną datę oraz godzinę.

Historia zegara atomowego

W 1949 roku w amerykańskim Narodowym Biurze Standaryzacji powstał pierwszy zegar atomowy. Jednak do jego działania wykorzystywano specjalistyczną linię spektralną amoniaku. Cechował się bowiem mniejszą dokładnością niż obecne zegary kwarcowe, ale jego powstanie tłumaczono formą prezentacji samej koncepcji.

Pierwszym dokładnym zegarem opartym na systemie atomowym był model powstały w 1955 roku – stworzyli go naukowcy na czele z Louisem Essenem w National Physical Laboratory w Anglii. Do działania tego zegara po raz pierwszy wykorzystano właśnie atomy cezu – dzięki temu przyjęto na całym świecie atomową definicję sekundy.

Ciekawostką jest też fakt iż na początku XXI wieku w 2004 roku amerykanie zaprezentowali światu miniaturowy zegar atomowy. Komora z cezem posiada wielkość porównywalną do ziarna ryżu, a objętość całego układu obliczono na jeden centymetr sześcienny. Odchylenie czasowe również daje świetne wyniki – wynosi bowiem jedną sekundę na około trzysta dwadzieścia lat.

Precyzyjne podsumowanie

Jak możecie wywnioskować z treści tego artykułu, zegary atomowe wykorzystują do swojego działania najpewniejsze metody i rozwiązania, które są w stanie zapewnić największą i najprecyzyjniejszą dokładność spośród wszystkich dostępnych metod odmierzania czasu. Wszystko to sprawia, że na ich podstawie zbudowano obecną wartość czasu na całym świecie, która rozpowszechniana jest za pomocą globalnie rozmieszczonych układów satelitarnych. Po raz kolejny nauka pokazuje, że nie ma rzeczy niemożliwych do osiągnięcia.