Pagājušajā, 2012. gadā, apritēja četrdesmit pieci gadi, kopš cilvēce nolēma izmantot atomu laika uzskaiti, lai pēc iespējas precīzāk izmērītu laiku. 1967. gadā Starptautiskajā SI sistēmā laika kategoriju vairs nenoteica astronomiskie skali – tos nomainīja cēzija frekvences standarts. Tieši viņš saņēma tagad populāro nosaukumu - atompulksteņi. Precīzā laikā, ko tie ļauj noteikt, ir niecīga vienas sekundes kļūda trīs miljonos gadu, kas ļauj tos izmantot kā laika standartu jebkurā pasaules malā.
Mazliet vēstures
Pašu ideju par atomu vibrāciju izmantošanu īpaši precīzai laika mērīšanai pirmo reizi 1879. gadā izteica britu fiziķis Viljams Tomsons. Rezonatora atomu emitētāja lomā šis zinātnieks ierosināja izmantot ūdeņradi. Pirmie mēģinājumi ideju īstenot praksē tika veikti tikai pagājušā gadsimta 40. gados. divdesmitais gadsimts. Un pasaulē pirmais strādājošais atompulkstenisparādījās 1955. gadā Apvienotajā Karalistē. To radītājs bija britu eksperimentālais fiziķis Dr. Luiss Esens. Šis pulkstenis darbojās, pamatojoties uz cēzija-133 atomu vibrācijām, un, pateicoties tām, zinātnieki beidzot varēja izmērīt laiku ar daudz lielāku precizitāti nekā iepriekš. Esenes pirmā ierīce pieļāva kļūdu ne vairāk kā sekundi ik pēc simts gadiem, bet pēc tam mērījumu precizitāte palielinājās vairākas reizes, un kļūda sekundē var uzkrāties tikai 2-3 simtiem miljonu gadu.
Atompulksteņi: kā tie darbojas
Kā šī ģeniālā "ierīce" darbojas? Kā rezonanses frekvences ģenerators atomu pulksteņi izmanto molekulu vai atomu enerģijas līmeņus kvantu līmenī. Kvantu mehānika izveido saikni starp "atomu kodolu - elektronu" sistēmu ar vairākiem diskrētiem enerģijas līmeņiem. Ja šādu sistēmu ietekmē elektromagnētiskais lauks ar stingri noteiktu frekvenci, tad šī sistēma no zema līmeņa pāries uz augstu. Iespējams arī apgrieztais process: atoma pāreja no augstāka līmeņa uz zemāku, ko pavada enerģijas emisija. Šīs parādības var kontrolēt un reģistrēt visus enerģijas lēcienus, izveidojot kaut ko līdzīgu svārstību ķēdei (to sauc arī par atomu oscilatoru). Tās rezonanses frekvence atbildīs enerģijas starpībai starp blakus esošajiem atomu pārejas līmeņiem, kas dalīta ar Planka konstanti.
Šādai svārstību ķēdei ir nenoliedzamas priekšrocības salīdzinājumā ar tās mehāniskajiem un astronomiskajiem priekšgājējiem. Vienamtāds atomu oscilators, jebkuras vielas atomu rezonanses frekvence būs vienāda, ko nevar teikt par svārstiem un pjezokristāliem. Turklāt atomi laika gaitā nemaina savas īpašības un nenolietojas. Tāpēc atompulkstenis ir ārkārtīgi precīzs un gandrīz mūžīgs hronometrs.
Precīzs laiks un modernās tehnoloģijas
Telekomunikāciju tīkli, satelītsakari, GPS, NTP serveri, elektroniskie darījumi biržā, tiešsaistes izsoles, biļešu iegādes kārtība internetā – visas šīs un daudzas citas parādības jau sen ir nostiprinājušās mūsu dzīvē. Bet, ja cilvēce nebūtu izgudrojusi atompulksteni, tas viss vienkārši nebūtu noticis. Precīzs, sinhronizēts laiks, kas ļauj samazināt kļūdas, aizkavēšanos un kavēšanos, ļauj cilvēkam maksimāli izmantot šo nenovērtējamo un neaizvietojamo resursu, kura nekad nav par daudz.
