Ajanotto voi olla niinkin yksinkertaista kuin laskeminen ” yksi Mississippi, kaksi Mississippiä . . .”ennen blitzing takapihalla jalkapallo, tai seuranta edestakaisin heilurin heilahtaa kaappikellon.
kummassakin tapauksessa jujuna on laskea jonkin toistuvasti esiintyvän intervallit mahdollisimman vähin vaihteluin. Heilurin heilahdus, sanokaamme, tai ’Mississippi’, vastaa lähes sekuntia, ajanottoyksikkö, joka, kuten tiedämme, koostuu minuuteista ja tunneista.
mutta parhaimmissakin mekaanisissa heilureissa ja kvartsikidepohjaisissa kelloissa esiintyy eroavaisuuksia. Paljon parempi ajan mittaamisen kannalta on energisoidun atomin luonnollinen ja täsmällinen ”tärinä”.
altistuessaan tietyille säteilyn taajuuksille, kuten radioaalloille, atomin ydintä kiertävät elektroneiksi kutsutut subatomiset hiukkaset ”hyppivät” edestakaisin energiatilojen välillä. Atomien sisällä hyppäämiseen perustuvat kellot voivat siis tarjota äärimmäisen tarkan tavan laskea sekunteja.
ei siis ole yllätys, että kansainvälinen standardi yhden sekunnin pituudelle perustuu atomeihin. Vuodesta 1967 lähtien sekunnin virallinen määritelmä on 9 192 631 770 jaksoa säteilyä, joka saa cesium-nimisen alkuaineen atomin värähtelemään kahden energiatilan välillä.
cesiumatomikellon sisällä cesiumatomit johdetaan putkeen, jossa ne kulkevat radioaaltojen läpi . Jos tämä taajuus on juuri oikea 9,192,631,770 sykliä sekunnissa, niin cesiumatomit ”resonoivat” ja muuttavat energiatilaansa.
putken päässä oleva detektori pitää kirjaa siihen päätyvien cesiumatomien määrästä, jotka ovat muuttaneet energiatilojaan. Mitä tarkempi radioaaltojen taajuus on 9 192 631 770 sykliä sekunnissa,sitä enemmän cesiumatomeja pääsee ilmaisimeen.
ilmaisin syöttää informaatiota takaisin radioaaltogeneraattoriin. Se synkronoi radioaaltojen taajuuden siihen osuvien cesiumatomien huippumäärän kanssa. Atomikellon muu elektroniikka laskee tämän taajuuden. Kuten heilurin yksittäisessä heilautuksessa, sekunti merkitään, kun taajuusluku täyttyy.
ensimmäiset 1950-luvulla valmistetut laadukkaat atomikellot perustuivat cesiumiin, ja tällaiset vuosikymmenten kuluessa tarkemmiksi hiotut kellot ovat edelleen perustana, jota käytetään virallisen ajan pitämiseen kaikkialla maailmassa.
Yhdysvalloissa huippukelloja ylläpitää National Institutes of Standards and Technology (NIST) Boulderissa, Colossa., ja Yhdysvaltain laivaston observatorio (USNO) Washingtonissa.
NIST-F1: n cesium-atomikello voi tuottaa niin tarkan taajuuden, että sen aikavirhe päivässä on noin 0,03 nanosekuntia, eli kello menettäisi sekunnin sadassa miljoonassa vuodessa.
Supertarkka ajanotto on olennainen osa monia modernin elämän elementtejä, kuten nopea sähköinen viestintä, sähköverkot ja GPS (Global Positioning System) ja tietenkin tietää, milloin suosikki televisio-ohjelma tulee.
- miksi kvartsia käytetään kelloissa?
- miksi kesäaika alkaa kello 2 aamulla?
- mistä elektronit saavat energiaa pyörimään atomin ytimen ympäri?
Got a question? Lähetä se elämän pikku mysteereihin, niin yritämme vastata siihen. Kysymysten määrän vuoksi emme valitettavasti voi vastata yksilöllisesti, mutta julkaisemme vastaukset kiinnostavimpiin kysymyksiin, joten palaa asiaan pian.