pomiar czasu może być tak prosty, jak liczenie „jeden Mississippi, dwa Mississippi . . .”przed blitzingiem w podwórkowej piłce nożnej, lub śledzeniem huśtawek wahadła w zegarze dziadka.
w obu przypadkach sztuką jest liczenie interwałów czegoś, co występuje wielokrotnie z jak najmniejszą zmiennością. Wahadło huśtawka, powiedzmy, lub „Mississippi” tylko o równa sekundy, jednostka pomiaru czasu, że jak wiemy obejmuje minuty i godziny.
ale nawet najlepsze wahadła mechaniczne i Zegary kwarcowe na bazie kryształu rozwijają rozbieżności. Znacznie lepsze dla pomiaru czasu jest naturalne i dokładne „wibracje” w energetyzowanym atomie.
po wystawieniu na działanie pewnych częstotliwości promieniowania, takich jak fale radiowe, subatomowe cząstki zwane elektronami, które orbitują jądro atomu, będą „skakać” tam iz powrotem między Stanami energetycznymi. Zegary oparte na tym przeskakiwaniu w atomach mogą zatem zapewnić niezwykle precyzyjny sposób liczenia sekund.
nic więc dziwnego, że międzynarodowy standard dla długości jednej sekundy opiera się na atomach. Od 1967 r. oficjalna definicja sekundy to 9 192 631 770 cykli promieniowania, które powoduje, że atom pierwiastka zwanego cezem wibruje między dwoma stanami energetycznymi.
wewnątrz zegara atomowego cezu Atomy cezu są lejkowane w dół rury, gdzie przechodzą przez fale radiowe . Jeśli ta częstotliwość jest w porządku 9,192,631,770 cykli na sekundę, Atomy cezu „rezonują” i zmieniają swój stan energetyczny.
detektor na końcu rury śledzi liczbę docierających do niego atomów cezu, które zmieniły swoje stany energetyczne. Im bardziej precyzyjnie dostrojona częstotliwość fali radiowej wynosi 9 192 631 770 cykli na sekundę, tym więcej atomów cezu dociera do detektora.
detektor przekazuje informacje z powrotem do generatora fal radiowych. Synchronizuje częstotliwość fal radiowych z najwyższą liczbą uderzających atomów cezu. Inne elektroniki w zegarze atomowym liczą tę częstotliwość. Podobnie jak w przypadku pojedynczego huśtawki wahadła, druga jest zaznaczana, gdy liczba częstotliwości jest spełniona.
pierwsze jakości zegary atomowe wykonane w 1950 roku były oparte na cezu, a takie Zegary szlifowane do większych dokładności w ciągu dziesięcioleci pozostają podstawą używaną do utrzymywania oficjalnego czasu na całym świecie.
w Stanach Zjednoczonych najlepsze zegary są utrzymywane przez National Institutes of Standards and Technology (NIST) w Boulder, Colo., oraz United States Naval Observatory (USNO) w Waszyngtonie.
zegar atomowy cezu NIST-F1 może wytwarzać częstotliwość tak precyzyjną, że jego błąd czasu dziennie wynosi około 0,03 nanosekund, co oznacza, że zegar straci jedną sekundę na 100 milionów lat.
Super-dokładny pomiar czasu jest integralną częścią wielu elementów współczesnego życia, takich jak szybka komunikacja elektroniczna, sieci elektryczne i globalny system pozycjonowania (GPS) i oczywiście wiedząc, kiedy pojawia się twój ulubiony program telewizyjny.
- dlaczego kwarc jest używany w zegarkach?
- Dlaczego czas letni zaczyna się o 2 w nocy?
- skąd elektrony biorą energię do wirowania wokół jądra atomu?
masz pytanie? Wyślij e-mail do małych tajemnic życia, a my postaramy się na nie odpowiedzieć. Ze względu na ilość pytań, niestety nie możemy odpowiedzieć indywidualnie, ale opublikujemy odpowiedzi na najbardziej intrygujące pytania, więc sprawdź wkrótce.