У минулому, 2012 році, виповнилося сорок п'ять років з того моменту, коли людство вирішило використовувати атомне хронометрування для максимально точного вимірювання часу. У 1967 році в Міжнародній системі СІ категорія часу перестала визначатися астрономічними шкалами - на зміну їм прийшов цезієвий стандарт частоти. Саме він і отримав популярну нині назву - атомний годинник. Точний час, який вони дозволяють визначити, має нікчемну похибку в одну секунду за три мільйони років, що дозволяє використовувати їх в ролі стандарту часу в будь-якому куточку світу.
Трохи історії
Сама ідея використовувати коливання атомів для надточного виміру часу вперше була висловлена ще в 1879 році британським фізиком Вільямом Томсоном. У ролі випромінювача атомів-резонаторів цей вчений пропонував застосувати водень. Перші спроби реалізувати ідею на практиці робилися лише в 40-х рр. двадцятого століття. А перший у світі атомний годинник з'явився 1955 року у Великобританії. Їх творцем став британський фізик-експериментатор доктор Луї Ессен. Працював цей годинник на основі коливань атомів цезію-133 і завдяки їм вчені нарешті змогли вимірювати час з набагато більшою точністю, ніж було до цього. Перший прилад Ессена допускав похибку не більше секунди на кожні сто років, проте згодом точність вимірювань багаторазово збільшилася і похибка в секунду може набігти лише за 2-3 сотні мільйонів років.
Атомний годинник: принцип роботи
Як же працює цей хитромудрий «пристрій»? Як генератор резонансної частоти атомний годинник застосовує енергетичні рівні молекул або атомів на квантовому рівні. Квантова механіка встановлює зв'язок системи «атомне ядро - електрони» з кількома дискретними енергетичними рівнями. Якщо на таку систему буде впливати електромагнітне поле з строго заданою частотою, то відбудеться перехід даної системи з низького рівня на високий. Можливий також і зворотний процес: перехід атома з більш високого рівня на низький, супроводжуваний випромінюванням енергії. Ці явища можна контролювати і фіксувати всі енергетичні стрибки, створивши щось на зразок коливального контуру (його ще називають атомним осцилятором). Його резонансна частота буде відповідати різниці енергій сусідніх рівнів переходу атомів, розділеної на константу Планка.
Такий коливальний контур має незаперечні переваги порівняно зі своїми механічними та астрономічними попередниками. Для одного такого атомного осцилятора резонансна частота атомів будь-якої речовини буде однакова, чого не можна сказати про маятники і п'єзокристали. До того ж, атоми не змінюють з часом своїх властивостей і не зношуються. Тому атомний годинник є надзвичайно точним і практично вічним хронометром.
Точний час і сучасні технології
Телекомунікаційні мережі, супутниковий зв'язок, GPS, NTP-сервери, електронні транзакції на біржі, інтернет-аукціони, процедура покупки квитків через інтернет - всі ці та багато інших явищ давно вже міцно увійшли в наше життя. Адже якби людство не винайшло атомний годинник, всього б цього просто не було. Точний час, синхронізація з яким дозволяє звести до мінімуму будь-які помилки, затримки і запізнення, дає можливість людині максимально повно використовувати цей безцінний непоправний ресурс, якого ніколи не буває занадто багато.
