tidtagning kan være så simpelt som at tælle “en Mississippi, to Mississippi . . .”før du blæser i baggårdsfodbold eller sporer frem og tilbage svingninger af et pendul i et bedstefarur.
i begge tilfælde tæller tricket intervallerne for noget, der forekommer gentagne gange med så lidt variation som muligt. Et pendul sving, sige, eller en’ Mississippi ‘ næsten svarer til en anden, den tidtagning enhed, som vi kender omfatter minutter og timer.
men selv de bedste mekaniske pendler og kvartskrystalbaserede ure Udvikler uoverensstemmelser. Langt bedre til tidtagning er den naturlige og nøjagtige “vibration” i et energisk atom.
når de udsættes for visse frekvenser af stråling, såsom radiobølger, vil de subatomære partikler kaldet elektroner, der kredser om et atoms kerne, “hoppe” frem og tilbage mellem energitilstande. Ure baseret på dette spring inden for atomer kan derfor give en ekstremt præcis måde at tælle sekunder på.
det er ingen overraskelse, at den internationale standard for længden af et sekund er baseret på atomer. Siden 1967 er den officielle definition af et sekund 9.192.631.770 cyklusser af strålingen, der får et atom af elementet kaldet cæsium til at vibrere mellem to energitilstande.
inde i et cæsium atomur, cæsiumatomer kanaliseres ned ad et rør, hvor de passerer gennem radiobølger . Hvis denne frekvens er lige højre 9,192,631,770 cyklusser per sekund derefter cæsium atomer “genlyd” og ændre deres energi tilstand.
en detektor i enden af røret holder styr på antallet af cæsiumatomer, der når det, der har ændret deres energitilstande. Jo mere finjusteret radiobølgefrekvensen er til 9.192.631.770 cyklusser i sekundet, jo flere cæsiumatomer når detektoren.
detektoren fører information tilbage til radiobølgegeneratoren. Det synkroniserer frekvensen af radiobølgerne med det maksimale antal cæsiumatomer, der rammer det. Anden elektronik i atomuret tæller denne frekvens. Som med en enkelt sving af pendulet er et sekund afkrydset, når frekvenstællingen er opfyldt.
de første kvalitets atomure lavet i 1950 ‘ erne var baseret på cæsium, og sådanne ure, der blev finpudset til større præcisioner gennem årtierne, forbliver det grundlag, der bruges til at holde officiel tid over hele verden.
i USA vedligeholdes de øverste ure af National Institutes of Standards and Technology (NIST) i Boulder, Colo. USA ‘ s Flådeobservatorium (USNO) i USA.
NIST-F1 cæsium atomur kan producere en frekvens så præcis, at dens tidsfejl pr.dag er omkring 0,03 nanosekunder, hvilket betyder, at uret ville miste et sekund om 100 millioner år.
Super-præcis tidtagning er integreret i mange elementer i det moderne liv, såsom højhastigheds elektronisk kommunikation, elektriske net og Global Positioning System (GPS) og selvfølgelig at vide, hvornår dit yndlings-tv-program tændes.
- hvorfor bruges kvarts i Ure?
- hvorfor begynder sommertid klokken 2?
- Hvor får elektroner energi til at dreje rundt om et atoms kerne?
har du et spørgsmål? Send det til livets små mysterier, så prøver vi at besvare det. På grund af mængden af spørgsmål kan vi desværre ikke svare individuelt, men vi offentliggør svar på de mest spændende spørgsmål, så kom snart tilbage.