ساعت‌های اتمی برای اندازه‌گیری طول دقیق یک ثانیه، واحد پایه زمان‌سنجی مدرن طراحی شده‌اند. سیستم بین‌المللی واحدها (SI) ثانیه را به‌عنوان زمانی تعریف می‌کند که یک اتم سزیم-133 در یک حالت تعریف‌شده برای نوسان کردن دقیقاً نیاز دارد.

در یک ساعت اتمی، نوسانات طبیعی اتم ها مانند آونگ در ساعت عمل می کنند. با این حال، ساعت‌های اتمی بسیار دقیق‌تر از ساعت‌های معمولی هستند، زیرا نوسانات اتمی فرکانس بسیار بالاتری دارند و بسیار پایدارتر هستند.

انواع مختلفی از ساعت های اتمی وجود دارد، اما آنها به طور کلی از یک اصل کار مشترک استفاده می کنند که در زیر توضیح داده شده است:

گرم کردن، بسته‌بندی و مرتب‌سازی

ابتدا اتم ها در یک کوره گرم می شوند و در یک پرتو قرار می گیرند. هر اتم یکی از دو حالت انرژی ممکن را دارد. به آنها سطوح فوق ظریف گفته می شود، اما اجازه دهید آنها را حالت A و حالت B بنامیم.

سپس یک میدان مغناطیسی تمام اتم‌های حالت B را از پرتو حذف می‌کند، بنابراین فقط اتم‌هایی در حالت A باقی می‌مانند.

تحریک و شمارش

اتم‌های حالت A از طریق تشدیدگر فرستاده می‌شوند، جایی که در معرض تشعشعات مایکروویو قرار می‌گیرند، که باعث می‌شود برخی از اتم‌ها به حالت B تغییر کنند. پشت تشدیدگر، اتم‌هایی که هنوز در حالت A هستند توسط میدان مغناطیسی دوم حذف می‌شوند. سپس یک آشکارساز تمام اتم هایی را که به حالت B تغییر کرده اند، شمارش می کند.

تنظیم و اندازه گیری

درصد اتم هایی که در حین عبور از تشدید کننده تغییر حالت می دهند به فرکانس تابش مایکروویو بستگی دارد. هر چه بیشتر با فرکانس نوسان ذاتی اتم ها هماهنگ باشد، اتم های بیشتری حالت خود را تغییر می دهند.

هدف این است که فرکانس مایکروویو را به طور کامل با نوسان اتم ها تنظیم کنید و سپس آن را اندازه گیری کنید. پس از دقیقاً 9,192,631,770 نوسان، یک ثانیه گذشته است.

ببینید : بزرگترین ساعت های جهان

دقت ساعت اتمی 

دقت ساعت های اتمی متفاوت است و دائما در حال بهبود است. با خطای مورد انتظار تنها 1 ثانیه در حدود 100 میلیون سال، NIST-F1 در بولدر، کلرادو، یکی از دقیق ترین ساعت های جهان است.

ساعت اتمی به چه دردی می خورد؟

حدود 400 ساعت اتمی در سراسر جهان در محاسبه زمان بین‌المللی اتمی (TAI)، یکی از استانداردهای زمانی که برای تعیین زمان هماهنگ جهانی (UTC) و زمان‌های محلی در سراسر جهان استفاده می‌شود، کمک می‌کنند.

سیستم‌های ناوبری ماهواره‌ای مانند GPS، GLONASS و Galileo نیز برای محاسبه دقیق موقعیت‌ها به اندازه‌گیری‌های دقیق زمان تکیه می‌کنند.

منبع : www.timeanddate.com

نوشته :علیرضا شادکام