Atomski sat: povijest i modernost

U prošlosti, 2012, okrenuo se četrdeset i pet godina od trenutka kada je čovječanstvo odlučilo koristiti atomsko vrijeme za najtočnije mjerenje vremena. Godine 1967. u Međunarodnom SI sustav kategorija vremena je prestala biti određena astronomskim mjerilima - cesijev standard učestalosti ih je zamijenio. Upravo je on dobio popularno ime - atomski sat. Točno vrijeme koje nam omogućuju da odredimo ima neznatnu pogrešku od jedne sekunde za tri milijuna godina, što nam omogućuje da ih upotrijebimo kao standard vremena u bilo kojem dijelu svijeta.

Malo povijesti

Sama ideja korištenja vibracija atoma za točno mjerenje vremena prvo je izrazio 1879. godine britanski fizičar William Thomson. U ulozi emitera atomskog rezonaora, ovaj je znanstvenik predložio uporabu vodika. Prvi pokušaji ostvarivanja ideje u praksi napravljeni su tek u 40-im godinama. dvadesetog stoljeća. A prvi radni atomski satovi na svijetu pojavili su se 1955. u Velikoj Britaniji. Njihov je kreator bio britanski fizičar-eksperimentator dr. Louis Essen. Sat je radio na osnovi vibracija cezija-133 atoma i zahvaljujući njima znanstvenici su konačno mogli mjeriti vrijeme s mnogo većom preciznošću nego prije. Prvi Essenov uređaj dopuštao je pogrešku ne više od sekunde za svaku stotinu godina, ali kasnije točnost mjerenja pogreška je pomnožena i pogreška u sekundi može trajati samo 2-3 stotina milijuna godina.

Atomski sat: princip rada

Kako ovaj lukavi "uređaj" radi? Kao generator rezonantne frekvencije koristi se atomski sat razine energije molekula ili atoma na kvantnoj razini. Kvantna mehanika uspostavlja vezu između sustava "atomske jezgre - elektrona" s nekoliko diskretnih razina energije. Ako utječe na takav sustav elektromagnetsko polje uz strogo određenu frekvenciju, tada će ovaj sustav prelaziti s niskog na visoku razinu. Moguće je i inverzni proces: prijelaz jednog atoma s više razine na niži, uz zračenje energije. Ove fenomene mogu se kontrolirati i fiksirati svi energetski skokovi, stvarajući nešto poput oscilatorskog sklopa (također se naziva atomski oscilator). Njegova rezonantna frekvencija odgovara razlici energije susjednih razina atomske tranzicije, podijeljena s Planckovom konstantama.

Takav oscilatorni sklop ima neporecive prednosti u usporedbi sa svojim mehaničkim i astronomskim prethodnicima. Za jedan takav atomski oscilator, rezonantna frekvencija atoma bilo koje tvari bit će ista, što se ne može reći za pendule i piezoelektrične kristale. Osim toga, atomi ne mijenjaju svojstva tijekom vremena i ne troše se. Zato je atomski sat izuzetno precizan i gotovo vječni kronometar.

Točno vrijeme i moderne tehnologije

Telekomunikacijske mreže, satelitske komunikacije, GPS, NTP-poslužitelja, elektroničke transakcije na burzi, online aukcije, postupak kupnje ulaznica putem interneta - sve ove i mnoge druge pojave je odavno čvrsto uspostavljena u našim životima. Ali ako čovječanstvo ne izmisli atomski sat, to se ne bi dogodilo. Precizna sinkronizacija vremena koji vam omogućuje da minimizirati bilo kakve pogreške, kašnjenja i odgode, omogućuje jedan maksimalno korištenje ovog dragocjenog nezamjenjive resurs, koji nikada ne može imati previše.