Orologio atomico: storia e modernità
In passato, nel 2012, è diventato quarantacinque anni dal momento in cui l'umanità ha deciso di utilizzare l'indicizzazione atomica per la misurazione più precisa del tempo. Nel 1967, nel sistema internazionale SI, la categoria di tempo cessò di essere determinata da bilance astronomiche – lo standard di cesio di frequenza è venuto a sostituirli. Era lui che aveva il nome oggi popolare – l'orologio atomico. L'ora esatta che ci permette di determinare ha un errore insignificante di un secondo in tre milioni di anni, che ci permette di utilizzarli come uno standard di tempo in qualsiasi parte del mondo.
Un po 'di storia
L'idea stessa di utilizzare oscillazioni di atomi per una misurazione ultra-precisa del tempo è stata espressa per la prima volta nel 1879 dal fisico britannico William Thomson. Nel ruolo dell'emettitore di atomi-risonatori, questo scienziato ha proposto di utilizzare l'idrogeno. I primi tentativi di realizzare l'idea in pratica sono stati fatti solo negli anni '40. Del ventesimo secolo. E i primi orologi atomici funzionavano al mondo nel 1955 nel Regno Unito. Il loro creatore è stato il fisico-esperto britannico Dr. Louis Essen. L'orologio ha lavorato sulla base di vibrazioni di atomi di cesium-133 e grazie a loro gli scienziati hanno infine potuto misurare il tempo con una precisione molto maggiore di prima. Il primo dispositivo di Essen ha permesso un errore di non più di un secondo per ogni centinaio di anni, ma successivamente l' accuratezza delle misurazioni è aumentata ripetutamente e l'errore al secondo può essere eseguito solo per 2-3 centinaia di milioni di anni.
Orologio atomico: il principio di funzionamento
Come funziona questo "dispositivo" astuto? Come generatore di frequenza di risonanza, gli orologi atomici utilizzano i livelli energetici di molecole o atomi a livello quantico. La meccanica quantistica stabilisce la connessione tra il sistema "nucleo atomico atomico" e diversi livelli di energia discreti. Se un tale sistema è influenzato da un campo elettromagnetico con una frequenza specifica, questo sistema passerà da un livello basso a quello alto. È possibile anche un processo inverso: la transizione di un atomo da un livello più alto a quello basso, accompagnato da una radiazione di energia. Questi fenomeni possono essere controllati e fissati tutti i salti di energia, creando qualcosa come un circuito oscillatorio (è anche chiamato oscillatore atomico). La sua frequenza di risonanza corrisponderà alla differenza di energia dei livelli vicini della transizione atomica, divisa dalla costante Planck.
Un tale circuito oscillatorio ha vantaggi innegabili rispetto ai suoi predecessori meccanici e astronomici. Per un tale oscillatore atomico, la frequenza di risonanza degli atomi di qualsiasi sostanza sarà la stessa, che non si può dire per pendoli e cristalli piezoelettrici. Inoltre, gli atomi non cambiano le proprie proprietà nel tempo e non si consumano. Pertanto, l'orologio atomico è un cronometro estremamente preciso e praticamente eterno.
Tempo esatto e tecnologia moderna
Le reti di telecomunicazioni, le comunicazioni via satellite, i GPS, i server NTP, le transazioni elettroniche sul cambio, le aste online, la procedura per l'acquisto di biglietti tramite Internet – tutti questi e molti altri fenomeni sono da tempo consolidati nella nostra vita. Ma se l'umanità non inventava l'orologio atomico, non sarebbe accaduto. Il tempo preciso, la sincronizzazione con cui consente di minimizzare eventuali errori, ritardi e ritardi, consente a una persona di sfruttare al massimo questa risorsa inestimabile e insostituibile, che non è mai troppo.
