tidtagning kan vara så enkelt som att räkna ”en Mississippi, två Mississippi . . .”före blitzing I backyard fotboll, eller spåra fram och tillbaka svängningar av en pendel i en farfar klocka.
i båda fallen räknar tricket intervallen på något som inträffar upprepade gånger med så lite variation som möjligt. En pendel swing, säga, eller en’ Mississippi ’ nästan motsvarar en sekund, enheten för tidtagning som vi vet omfattar minuter och timmar.
men även de bästa mekaniska pendlarna och kvartskristallbaserade klockorna utvecklar avvikelser. Mycket bättre för tidtagning är den naturliga och exakta ”vibrationen” i en energiserad atom.
när de utsätts för vissa strålningsfrekvenser, såsom radiovågor, kommer de subatomära partiklarna som kallas elektroner som kretsar kring en atomkärna att ”hoppa” fram och tillbaka mellan energitillstånd. Klockor baserade på denna hoppning inom atomer kan därför ge ett extremt exakt sätt att räkna sekunder.
det är ingen överraskning då att den internationella standarden för längden på en sekund är baserad på atomer. Sedan 1967 är den officiella definitionen av en sekund 9 192 631 770 cykler av strålningen som får en atom av elementet som kallas cesium att vibrera mellan två energitillstånd.
inuti en cesium atomur, cesiumatomer kanaliseras ner ett rör där de passerar genom radiovågor . Om denna frekvens är precis rätt 9,192,631,770 cykler per sekund då cesiumatomerna ”resonans” och ändra deras energitillstånd.
en detektor i slutet av röret håller reda på antalet cesiumatomer som når det som har förändrat deras energitillstånd. Ju mer finjusterad radiovågsfrekvensen är till 9,192,631,770 cykler per sekund, desto mer cesiumatomer når detektorn.
detektorn matar information tillbaka till radiovåggeneratorn. Det synkroniserar frekvensen hos radiovågorna med toppantalet cesiumatomer som slår på det. Annan elektronik i atomklockan räknar denna frekvens. Som med en enda svängning av pendeln, en sekund kryssas av när frekvensantalet är uppfyllt.
de första kvalitets atomklockorna som gjordes på 1950-talet baserades på cesium, och sådana klockor honade till större precisioner under årtiondena är fortfarande grunden för att hålla officiell tid över hela världen.
i USA underhålls de bästa klockorna av National Institutes of Standards and Technology (NIST) i Boulder, Colo. och United States Naval Observatory (USNO) i Washington, D. C.
NIST-F1 cesium atomur kan producera en frekvens så exakt att dess tidsfel per dag är cirka 0,03 nanosekunder, vilket innebär att klockan skulle förlora en sekund på 100 miljoner år.
Super-exakt tidtagning är en integrerad del av många delar av det moderna livet, såsom höghastighets elektronisk kommunikation, elnät och Global Positioning System (GPS) och naturligtvis veta när din favorit TV-show kommer på.
- varför används kvarts I klockor?
- varför börjar sommartid klockan 2?
- Var Får elektroner energi att snurra runt en atomkärna?
har du en fråga? Maila det till livets små mysterier så försöker vi svara på det. På grund av volymen av frågor kan vi tyvärr inte svara individuellt, men vi kommer att publicera svar på de mest spännande frågorna, så kom tillbaka snart.