Atomóra - a pontos idő és minden információ a primről; ren óra
Magyarázat
Az atomóra egy úgynevezett elsődleges óra. Ez azt jelenti, hogy az összes óra közül a legpontosabb az időmegjelölés. A normál karóráknak a tényleges időponttól való progresszív eltérése körülbelül napi egy másodperc. Az ilyen eltérések elviselhetetlenek a tudományban. A mai változatoknak azonban csak egy másodperc eltérése van egymillió év alatt. 2012 elején az amerikai kutatók 140 milliárd év alatt még egy atom elsődleges órát is létrehoztak, 1 másodperces eltéréssel.
Az atomórák tehát a világ összes órájának irányadó értékei, legyenek azok rádióórák, televíziós időmegjelenítők vagy ipari vezérlőegységek. Ezeket az órákat azonban általában csak óránként frissítik, ami azt jelenti, hogy még mindig lehetnek kisebb eltérések.
Hogyan működik az atomóra
Egyszerűen fogalmazva, egy atomóra ugyanúgy épül fel, mint a világ bármely más órája. Óra és számláló alapján működik. De inga vagy mérlegkerék helyett az órajelgenerátorok Casium-atomok.
A kalcium atomokat először kemenceszerű kamrában lepároljuk, és atomcsomóba kötjük. E folyamat révén a kalcium atomok két lehetséges állapot egyikébe jutnak, amelyet külső befolyás nélkül sem tudnak megváltoztatni.
Az atomsugár ekkor elüt egy mágneses teret, amely elválasztja az atomokat állapotuk szerint, így az atomsugár csak a kívánt állapotot tartalmazza (a grafikonon kék körök mutatják).
A következő szükséges lépés az, hogy a sugárban lévő "megtisztított" atomok megváltoztassák az állapotukat, hogy ezek az állapotváltozások kifizethetőek legyenek. Ehhez szükséges a mikrohullámú sugárzás hatása. Ennek a mikrohullámú sugárzásnak szabadon választható frekvenciája van, amelyet az úgynevezett rezonátorba lehet táplálni.
A rezonátor célja olyan mikrohullámú frekvencia előállítása, amely a lehető legpontosabban felel meg a Casium atomnyaláb természetes frekvenciájának. Ennek oka, hogy az állapotváltozások nagy része a kalcium atomokban keletkezik.
A mikrohullámú sugárzás minél következetesebb frekvenciájának meghatározásához ezért figyelnünk kell arra a beállított frekvenciára, amelyen a legtöbb kalciumatom megváltoztatta állapotát. Ez egy számláló segítségével történik, amelyet az atomsugár végén helyeznek el. Annak érdekében, hogy csak az új megváltozott állapotú atomok érkezzenek e számlálóba (a grafikán narancssárgán látható), a régi nem kívánt állapotú (kék színnel ábrázolt) atomokat egy második mágneses mező tereli el a számlálótól.
Ez a szerkezet arra a következtetésre vezetne, hogy az atomok többsége pontosan 9 192 631 770 Hz-en változtatja meg állapotát. A Hz egység azt jelenti, hogy egy másodperc telt el 9 192 631 770 oszcilláció után.
Az atomidő keletkezésének története
Az atomóra története 1945-ben kezdődik, amikor Isidor Rabi amerikai fizikus az óra felépítését javasolta a mágneses rezonancia módszerrel kapcsolatos kutatásai után.
Egy ilyen órát Harold Lyons fejlesztett ki és mutatott be a Nemzeti Szabványügyi Irodában már 1949-ben. A mai atomórákkal ellentétben az akkori óra ammónia molekulákat használt a kalcium atomok helyett a vibrátor forrásaként.
Azonban gyorsan felismerték, hogy az ammónia molekulákkal nem sikerült elérni a kívánt pontosságot. Emiatt a kalcium atomokat először 1952-ben alkalmazták, amikor az atomórát tovább fejlesztették. Ennek az órának az neve NBS-1 volt.
Néhány évvel később (1955) Nagy-Britanniában egy új Casium atomórát fejlesztettek ki Louis Essen és J. V. L. Parry fizikusok, amelyek addig a legpontosabb időinformációt szolgáltatták az összes közül. Ez a példátlan pontosság volt az oka annak is, hogy ezek az elsődleges órák meghatározták a másodperc időtartamát nemzetközileg.
A meghatározás: "A második 9 192 631 770-szerese annak a sugárzásnak az időtartamának, amely megfelel a 133Cs nuklid atomjának alapállapota két hiperfinom szintje közötti átmenetnek." Ezt a meghatározott másodpercet atom másodpercnek, az atom másodperc által meghatározott időt pedig atom időnek nevezzük.
1969-ben a CS1 atomi órát a Braunschweigben található Physikalisch-Technische Bundesanstalt (röviden: PTB) üzembe helyezték. Csak kilenc évvel később, az 1978. július 26-i idõtörvény átadta a jogi idõmeghatározást a PTB-nek és így a CS1-nek.
1985-ben Braunschweigben üzembe helyezték egy másik Casium atomórát, CS2 néven, amely 1991-től a törvényes időmérésért volt felelős. A mai napig a CS2 az összes rádió által vezérelt órát és az internetet pontos idővel látja el.