Atómové hodiny - presný čas a všetky informácie o prim; ren hodiny
Vysvetlenie
Atómové hodiny sú takzvané primárne hodiny. To znamená, že má najpresnejšiu časovú indikáciu zo všetkých hodín. Normálne náramkové hodinky majú progresívnu odchýlku od skutočného času asi jednu sekundu za deň. Takéto odchýlky sú vo vede neznesiteľné. Dnešné verzie však majú za milión rokov iba odchýlku jednu sekundu. Začiatkom roku 2012 americkí vedci dokonca vytvorili atómové primárne hodiny s odchýlkou jednej sekundy počas 140 miliárd rokov.
Atómové hodiny sú preto smernými hodnotami pre všetky hodiny na svete, či už sú to rádiové hodiny, televízny displej času alebo priemyselné riadiace jednotky. Tieto hodiny sa však zvyčajne aktualizujú iba o hodinu, čo znamená, že môžu stále existovať malé odchýlky.
Ako fungujú atómové hodiny
Jednoducho povedané, atómové hodiny sú konštruované rovnako ako akékoľvek iné hodiny na svete. Funguje to na základe hodín a počítadla. Ale namiesto kyvadla alebo vyvažovacieho kolieska sú generátormi hodín atómy casia.
Atómy casia sa najskôr odparia v komore podobnej peci a spoja sa do zväzku atómov. Týmto procesom atómy kasia dosiahnu jeden z dvoch možných stavov, ktoré už nemôžu zmeniť ani bez vonkajšieho vplyvu.
Atómový lúč potom zasiahne magnetické pole, ktoré oddeľuje atómy podľa ich stavu, takže atómový lúč obsahuje iba požadovaný stav (na obrázku je to znázornené modrými kruhmi).
Ďalším nevyhnutným krokom je dosiahnuť, aby „vyčistené“ atómy v lúči zmenili stav, aby bolo možné za tieto zmeny stavu platiť. Na to je potrebné pôsobenie mikrovlnného žiarenia. Toto mikrovlnné žiarenie má voľne voliteľnú frekvenciu, ktorú je možné privádzať do takzvaného rezonátora.
Cieľom rezonátora je generovať mikrovlnnú frekvenciu, ktorá je čo najpresnejšou prirodzenou frekvenciou lúča atómu Casium. Je to tak preto, lebo väčšina zmien stavu sa generuje v atómoch kasia.
Aby bolo možné určiť túto frekvenciu mikrovlnného žiarenia, ktorá je čo najkonzistentnejšia, je potrebné venovať pozornosť nastavenej frekvencii, pri ktorej väčšina atómov kasia zmenila svoj stav. To sa deje pomocou počítadla, ktoré je umiestnené na konci atómového lúča. Aby sa k tomuto počítadlu dostali iba atómy s novým zmeneným stavom (na obrázku je to zobrazené oranžovou farbou), sú atómy so starým nežiaducim stavom (zobrazené modrou farbou) odvrátené od počítadla druhým magnetickým poľom.
Táto štruktúra by viedla k záveru, že väčšina atómov mení svoj stav presne na 9 192 631 770 Hz. Jednotka Hz znamená, že po 9 192 631 770 osciláciách prešla jedna sekunda.
Príbeh vzniku atómového času
História atómových hodín začína v roku 1945, keď americký fyzik Isidor Rabi navrhol konštrukciu hodín po svojom výskume metódy magnetickej rezonancie.
Takéto hodinky vyvinul a predstavil Harold Lyons v Národnom úrade pre štandardy už v roku 1949. Na rozdiel od dnešných atómových hodín vtedajšie hodiny využívali ako zdroj vibrátora namiesto atómov casia molekuly amoniaku.
Avšak rýchlo sa zistilo, že s molekulami amoniaku nebola dosiahnutá požadovaná presnosť. Z tohto dôvodu boli atómy casia použité prvýkrát v roku 1952, keď sa ďalej vyvíjali atómové hodiny. Tieto hodinky dostali názov NBS-1.
O niekoľko rokov neskôr (1955) vyvinuli vo Veľkej Británii fyzici Louis Essen a J.V.L. Parry nové atómové hodiny Casium, ktoré dovtedy všetkým poskytovali najpresnejšie časové informácie. Táto bezprecedentná presnosť bola tiež dôvodom, prečo tieto primárne hodiny určovali medzinárodne trvanie sekundy.
Definícia je: „Druhá je 9 192 631 770-násobok obdobia žiarenia zodpovedajúceho prechodu medzi dvoma hyperjemnými úrovňami základného stavu atómov nuklidu 133Cs.“ Táto definovaná sekunda sa nazýva atómová sekunda a čas, ktorý je určený atómovou sekundou, sa nazýva atómový čas.
V roku 1969 boli atómové hodiny CS1 uvedené do prevádzky vo Physikalisch-Technische Bundesanstalt (skratka: PTB) v Braunschweigu. Iba o deväť rokov neskôr časový zákon z 26. júla 1978 prešiel právnym určením času na PTB a teda na CS1.
V roku 1985 sú v Braunschweigu uvedené do prevádzky ďalšie atómové hodiny Casium s názvom CS2, ktoré zodpovedajú za zákonné určenie času od roku 1991. CS2 dodnes poskytuje všetkým rádiom riadeným hodinám a internetu presný čas.