Pernai, 2012 m., suėjo keturiasdešimt penkeri metai, kai žmonija nusprendė naudoti atominį laiko matavimą, kad galėtų kuo tiksliau matuoti laiką. 1967 metais Tarptautinėje SI sistemoje laiko kategorija nebebuvo nustatyta astronominėmis skalėmis – jas pakeitė cezio dažnio etalonas. Būtent jis gavo dabar populiarų pavadinimą – atominiai laikrodžiai. Tikslus laikas, kurį jie leidžia nustatyti, turi nedidelę vienos sekundės paklaidą per tris milijonus metų, todėl juos galima naudoti kaip laiko standartą bet kuriame pasaulio kampelyje.
Šiek tiek istorijos
Pačią idėją panaudoti atomines vibracijas itin tiksliam laiko matavimui 1879 m. pirmą kartą išsakė britų fizikas Williamas Thomsonas. Atlikdamas rezonatoriaus atomų skleidėjo vaidmenį, šis mokslininkas pasiūlė naudoti vandenilį. Pirmieji bandymai įgyvendinti idėją buvo pradėti tik praėjusio amžiaus ketvirtajame dešimtmetyje. dvidešimtas amžius. Ir pirmasis pasaulyje veikiantis atominis laikrodisJK pasirodė 1955 m. Jų kūrėjas buvo britų eksperimentinis fizikas daktaras Louisas Essenas. Šis laikrodis veikė cezio-133 atomų virpesių pagrindu ir jų dėka mokslininkams pagaliau pavyko išmatuoti laiką daug tiksliau nei anksčiau. Pirmasis Eseno prietaisas kas šimtą metų leido padaryti ne didesnę kaip sekundės paklaidą, tačiau vėliau matavimų tikslumas išaugo daug kartų, o paklaida per sekundę gali kauptis tik per 2–3 šimtus milijonų metų.
Atominiai laikrodžiai: kaip jie veikia
Kaip veikia šis išradingas „įrenginys“? Kaip rezonansinio dažnio generatorius, atominiai laikrodžiai naudoja molekulių ar atomų energijos lygius kvantiniu lygiu. Kvantinė mechanika nustato ryšį tarp „atomo branduolio – elektronų“sistemos su keliais atskirais energijos lygiais. Jei tokią sistemą veikia elektromagnetinis laukas su griežtai nurodytu dažniu, tada ši sistema iš žemo lygio pereis į aukštą. Galimas ir atvirkštinis procesas: atomo perėjimas iš aukštesnio lygio į žemesnį, lydimas energijos emisijos. Šiuos reiškinius galima valdyti ir fiksuoti visus energijos šuolius sukuriant kažką panašaus į virpesių grandinę (ji dar vadinama atominiu osciliatoriumi). Jo rezonansinis dažnis atitiks energijos skirtumą tarp gretimų atominių pereinamųjų lygių, padalijus iš Planko konstantos.
Tokia virpesių grandinė turi neabejotinų pranašumų, palyginti su mechaniniais ir astronominiais pirmtakais. Vienamtokio atominio osciliatoriaus, bet kurios medžiagos atomų rezonansinis dažnis bus toks pat, ko negalima pasakyti apie švytuokles ir pjezokristalus. Be to, atomai laikui bėgant nekeičia savo savybių ir nesusidėvi. Todėl atominis laikrodis yra itin tikslus ir beveik amžinas chronometras.
Tikslus laikas ir modernios technologijos
Telekomunikacijų tinklai, palydovinis ryšys, GPS, NTP serveriai, elektroniniai sandoriai biržoje, aukcionai internetu, bilietų pirkimo internetu tvarka – visa tai ir daugelis kitų reiškinių jau seniai įsitvirtino mūsų gyvenime. Bet jei žmonija nebūtų išradusi atominio laikrodžio, viso to tiesiog nebūtų įvykę. Tikslus laikas, sinchronizuotas, leidžiantis sumažinti klaidų, vėlavimų ir vėlavimų skaičių, leidžia žmogui maksimaliai išnaudoti šį neįkainojamą nepakeičiamą išteklį, kurio niekada nebūna per daug.
