Möödunud aastal, 2012, möödus nelikümmend viis aastat ajast, mil inimkond otsustas kasutada aatomajamõõtmist, et võimalikult täpselt aega mõõta. 1967. aastal lakkas rahvusvahelise ajakategooria määramine astronoomiliste skaaladega – need asendati tseesiumi sagedusstandardiga. Just tema sai nüüd populaarse nime - aatomkellad. Täpse aja, mida nad võimaldavad teil määrata, viga on üks sekund kolme miljoni aasta kohta, mis võimaldab neid kasutada ajastandardina igas maailma nurgas.
Natuke ajalugu
Idee kasutada aatomivibratsiooni ülitäpse aja mõõtmiseks väljendas esmakordselt 1879. aastal Briti füüsik William Thomson. Resonaatoriaatomite emitteri rollis pakkus see teadlane välja vesiniku kasutamise. Esimesed katsed ideed ellu viia tehti alles 1940. aastatel. kahekümnendal sajandil. Ja maailma esimene töötav aatomkell ilmus 1955. aastal Ühendkuningriigis. Nende loojaks oli Briti eksperimentaalfüüsik dr Louis Essen. See kell töötas tseesium-133 aatomite vibratsiooni baasil ja tänu neile suutsid teadlased lõpuks mõõta aega senisest palju suurema täpsusega. Esseni esimene seade lubas iga saja aasta kohta mitte rohkem kui sekundilist viga, kuid hiljem suurenes see mitu korda ja viga sekundis võib koguneda vaid 2-3 sadade miljonite aastatega.
Aatomkell: kuidas see töötab
Kuidas see geniaalne "seade" töötab? Resonantssageduse generaatorina kasutavad aatomkellad molekule või aatomeid kvanttasandil. loob ühenduse mitme diskreetse energiatasemega süsteemi "aatomituum – elektronid". Kui selline süsteem on mõjutatud rangelt määratud sagedusega, siis toimub selle süsteemi üleminek madalalt tasemelt kõrgele. Võimalik on ka pöördprotsess: aatomi üleminek kõrgemalt tasemelt madalamale, millega kaasneb energia eraldumine. Neid nähtusi saab kontrollida ja salvestada kõiki energiahüppeid, luues midagi võnkeahela taolist (seda nimetatakse ka aatomostsillaatoriks). Selle resonantssagedus vastab energia erinevusele naabruses asuvate aatomite üleminekutasemete vahel, jagatud Plancki konstandiga.
Sellisel võnkeahelal on vaieldamatud eelised võrreldes selle mehaaniliste ja astronoomiliste eelkäijatega. Ühe sellise aatomi ostsillaatori puhul on mis tahes aine aatomite resonantssagedus sama, mida ei saa öelda pendlite ja piesokristallide kohta. Lisaks ei muuda aatomid aja jooksul oma omadusi ega kulu. Seetõttu on aatomkellad ülitäpsed ja peaaegu igavesed kronomeetrid.
Täpne aeg ja kaasaegsed tehnoloogiad
Telekommunikatsioonivõrgud, satelliitside, GPS, NTP-serverid, elektroonilised tehingud börsil, veebioksjonid, Interneti kaudu piletite ostmise kord - kõik need ja paljud muud nähtused on meie elus juba ammu kinnistunud. Aga kui inimkond poleks aatomkella leiutanud, poleks seda kõike lihtsalt juhtunud. Täpne aeg, sünkroonimine, millega saate minimeerida vigu, viivitusi ja viivitusi, võimaldab inimesel maksimaalselt ära kasutada seda hindamatut asendamatut ressurssi, mida pole kunagi liiga palju.
Uue tõuke aja mõõtmise seadmete väljatöötamisel andsid aatomifüüsikud.
1949. aastal ehitati esimene aatomkell, kus võnkumiste allikaks ei olnud pendel ega kvartsostsillaator, vaid signaalid, mis olid seotud elektroni kvantüleminekuga aatomi kahe energiataseme vahel.
Praktikas osutusid sellised kellad mitte eriti täpseks, pealegi olid need mahukad ja kallid ning neid ei kasutatud laialdaselt. Siis otsustati pöörduda keemilise elemendi – tseesiumi – poole. Ja 1955. aastal ilmus esimene tseesiumiaatomitel põhinev aatomkell.
1967. aastal otsustati üle minna aatomi ajastandardile, kuna Maa pöörlemine aeglustub ja selle aeglustumise ulatus ei ole konstantne. See takistas oluliselt astronoomide ja ajahoidjate tööd.
Maa pöörleb praegu kiirusega umbes 2 millisekundit 100 aasta kohta.
Ka päeva kestuse kõikumised ulatuvad tuhandikuteni. Seetõttu on Greenwichi aja (maailmastandard aastast 1884) täpsus muutunud ebapiisavaks. 1967. aastal toimus üleminek aatomi ajastandardile.
Tänapäeval on sekund ajavahemik, mis on täpselt võrdne 9 192 631 770 kiirgusperioodiga, mis vastab üleminekule tseesium 133 aatomi põhioleku kahe ülipeen taseme vahel.
Praegu kasutatakse ajaskaalana koordineeritud universaalaega. Selle moodustab Rahvusvaheline Kaalude ja Mõõtude Büroo, kombineerides erinevate riikide ajamõõtmislaborite andmeid, aga ka Rahvusvahelise Maa pöörlemisteenistuse andmeid. Selle täpsus on peaaegu miljon korda parem kui astronoomiline Greenwichi aeg.
Välja on töötatud tehnoloogia, mis võimaldab radikaalselt vähendada ülitäpsete aatomkellade suurust ja maksumust, mis võimaldab neid laialdaselt kasutada mobiilseadmetes erinevatel eesmärkidel. Teadlased suutsid luua üliväikese aatomi ajastandardi. Sellised aatomkellad tarbivad vähem kui 0,075 W ja nende viga ei ületa 1 sekundit 300 aasta jooksul.
USA uurimisrühmal on õnnestunud luua ülikompaktne aatomistandard. Sai võimalikuks toita aatomkellasid tavapärastest AA patareidest. Ülitäpsed, tavaliselt vähemalt meetri kõrgused aatomkellad paigutati 1,5x1,5x4 mm suurusesse ruumalasse.
Ameerika Ühendriikides on välja töötatud eksperimentaalne aatomkell, mis põhineb ühel elavhõbeda ioonil. Need on viis korda täpsemad kui tseesium, mida aktsepteeritakse rahvusvahelise standardina. Tseesiumkellad on nii täpsed, et ühesekundilise erinevuseni jõutakse alles 70 miljoni aasta pärast ja elavhõbedakelladel on see periood 400 miljonit aastat.
1982. aastal sekkus vaidlusse ajastandardi astronoomilise määratluse ja selle võitnud aatomkella vahel uus astronoomiline objekt, millisekundiline pulsar. Need signaalid on sama stabiilsed kui parimad aatomkellad
Kas sa teadsid?
Esimene käekell Venemaal
1412. aastal pandi Moskvas Suurvürsti õuele Kuulutuse kiriku taha kell, mille valmistas Serbia maalt pärit serblastest munk Lazar. Kahjuks pole nende esimeste venekeelsete kellade kirjeldust säilinud.
________Kuidas ilmusid kellamängud Moskva Kremli Spasskaja torni?
17. sajandil valmistas inglane Christopher Galovey Spasskaja torni kellamänge: tunniring oli jagatud 17 sektoriks, kella ainus osuti oli liikumatu, osutas allapoole ja näitas sihverplaadil suvalist numbrit, kuid sihverplaat ise pöörles.
Sageli kuuleme fraasi, et aatomkellad näitavad alati täpset aega. Kuid nende nime järgi on raske aru saada, miks aatomkellad on kõige täpsemad või kuidas need töötavad.
See, et nimes sisaldub sõna "aatom", ei tähenda sugugi, et kell oleks eluohtlik, isegi kui kohe tulevad pähe mõtted aatomipommist või tuumajaamast. Sel juhul räägime lihtsalt kella põhimõttest. Kui tavalistes mehaanilistes kellades teevad hammasrattad vibratsioonilisi liigutusi ja nende liikumisi loetakse, siis aatomkellades loetakse aatomite sees elektronide võnkumisi. Toimimispõhimõtte paremaks mõistmiseks tuletame meelde elementaarosakeste füüsikat.
Kõik ained meie maailmas koosnevad aatomitest. Aatomid koosnevad prootonitest, neutronitest ja elektronidest. Prootonid ja neutronid ühinevad üksteisega, moodustades tuuma, mida nimetatakse ka nukleoniks. Tuuma ümber liiguvad elektronid, mis võivad olla erinevatel energiatasemetel. Kõige huvitavam on see, et energiat neelates või välja andes võib elektron liikuda oma energiatasemelt kõrgemale või madalamale. Elektron võib saada energiat elektromagnetkiirgusest, neelates või kiirgades igal üleminekul teatud sagedusega elektromagnetkiirgust.
Kõige sagedamini on kellasid, milles tseesium-133 aatomeid kasutatakse muutmiseks. Kui 1 sekundiga pendel tavalised kellad teeb 1 võnkuva liikumise, siis elektronid aatomkellades tseesium-133 baasil kiirgavad ühelt energiatasemelt teisele liikudes elektromagnetkiirgust sagedusega 9192631770 Hz. Selgub, et üks sekund jaguneb täpselt selliseks arvuks intervallideks, kui seda aatomkellades arvutada. Rahvusvaheline üldsus võttis selle väärtuse ametlikult üle 1967. aastal. Kujutage ette tohutut numbrilauda, kus pole mitte 60, vaid 9192631770 jaotust, mis on vaid 1 sekund. Pole üllatav, et aatomkellad on nii täpsed ja neil on mitmeid eeliseid: aatomid ei vanane, ei kulu ja võnkesagedus on ühe keemilise elemendi puhul alati sama, tänu millele on võimalik samaaegselt võrrelda. , näiteks aatomkellade näidud kaugel kosmoses ja Maal, ei karda vigu.
Tänu aatomkelladele sai inimkond praktikas testida relatiivsusteooria õigsust ja veenduda, et kui Maal. Aatomkellad on paigaldatud paljudele satelliitidele ja kosmoselaevadele, neid kasutatakse telekommunikatsiooni vajadusteks, mobiilside jaoks, nad võrdlevad täpset aega kogu planeedil. Liialdamata sai inimkond astuda kõrgtehnoloogia ajastusse just tänu aatomkella leiutamisele.
Kuidas aatomkellad töötavad?
Tseesium-133 kuumutatakse tseesiumi aatomite aurustamisega, mis juhitakse läbi magnetvälja, kus valitakse soovitud energiaolekuga aatomid.
Seejärel läbivad valitud aatomid 9192631770 Hz lähedase sagedusega magnetvälja, mis tekitab kvartsostsillaatori. Välja mõjul muudavad tseesiumi aatomid taas oma energiaolekut ja langevad detektorile, mis fikseerib, millal saab kõige rohkem sissetulevaid aatomeid “õiges” energiaseisundis. Muutunud energiaseisundiga aatomite maksimaalne arv näitab, et mikrolainevälja sagedus on õigesti valitud ja seejärel sisestatakse selle väärtus elektroonilisse seadmesse - sagedusjagurisse, mis sagedust täisarvu kordades vähendades saab number 1, mis on viitesekund.
Seega kasutatakse tseesiumi aatomeid kristallostsillaatori tekitatava magnetvälja õige sageduse kontrollimiseks, aidates seda konstantsena hoida.
See on huvitav: kuigi tänapäeval eksisteerivad aatomkellad on enneolematult täpsed ja võivad vigadeta töötada miljoneid aastaid, ei kavatse füüsikud sellega peatuda. Erinevate keemiliste elementide aatomeid kasutades töötavad nad pidevalt aatomkellade täpsuse parandamise nimel. Viimastest leiutistest – aatomkellad peal strontsium, mis on kolm korda täpsemad kui nende tseesiumi vaste. Neil kuluks sekundiga mahajäämiseks 15 miljardit aastat – see on aeg pikem kui meie universumi vanus…
Kui leiate vea, tõstke esile mõni tekstiosa ja klõpsake Ctrl+Enter.
Aatomkell 27. jaanuar 2016
Šveitsist või isegi Jaapanist ei saa maailma esimest sisseehitatud aatomajastandardiga taskukella. Nende loomise idee sai alguse Ühendkuningriigi südames Londonis asuvalt kaubamärgilt Hoptroff
Aatom või nagu neid nimetatakse ka "kvantkelladeks" on seade, mis mõõdab aega, kasutades looduslikke vibratsioone, mis on seotud aatomite või molekulide tasemel toimuvate protsessidega. Richard Hoptroff otsustas, et nüüdisaegsetel kõrgtehnoloogilistest seadmetest huvitatud härrasmeestel on aeg vahetada mehaanilised taskukellad millegi ekstravagantsema ja erakordsema ning ka tänapäeva linnatrendidele vastava vastu.
Nii näidati avalikkusele elegantset tasku-aatomikella Hoptroff No. 10, mis suudab üllatada kaasaegset põlvkonda, keda ahvatleb vidinate rohkus, mitte ainult oma retrostiili ja fantastilise täpsusega, vaid ka kasutuseaga. Arendajate sõnul saate seda kella kaasas hoides jääda kõige täpsemaks inimeseks vähemalt 5 miljardiks aastaks.
Mida veel huvitavat nende kohta teada saada...
2. foto. 
Kõigil, kes pole kunagi selliste kellade vastu huvi tundnud, tasub lühidalt kirjeldada nende tööpõhimõtet. "Aatomiseadme" sees pole midagi, mis meenutaks klassikalist mehaanilist kella. Hoptroffis nr. 10 puuduvad mehaanilised osad kui sellised. Selle asemel on aatomitaskukellad varustatud suletud kambriga, mis on täidetud radioaktiivse gaasilise ainega, mille temperatuuri kontrollib spetsiaalne ahi. Täpne ajastus on järgmine: laserid ergastavad keemilise elemendi aatomeid, mis on omamoodi kella "täiteaine" ning resonaator püüab kinni ja mõõdab iga aatomi üleminekut. Tänapäeval on selliste seadmete põhielement tseesium. Kui meenutada SI ühikute süsteemi, siis selles on sekundi väärtus seotud elektromagnetilise kiirguse perioodide arvuga tseesium-133 aatomite üleminekul ühelt energiatasemelt teisele.
3. foto. 
Kui nutitelefonides peetakse protsessorikiipi seadme südameks, siis Hoptroffis nr. 10 selle rolli võtab võrdlusaja moodulgeneraator. Seda tarnib Symmetricom ja kiip ise oli algselt keskendunud kasutamiseks sõjatööstuses – mehitamata õhusõidukites.
CSAC aatomkell on varustatud reguleeritava temperatuuriga termostaadiga, mis sisaldab tseesiumi aurukambrit. Laseri mõjul tseesium-133 aatomitele algab nende üleminek ühest energiaolekust teise, mille mõõtmiseks kasutatakse mikrolaineresonaatorit. Alates 1967. aastast on rahvusvaheline mõõtühikute süsteem (SI) määratlenud ühe sekundi kui 9 192 631 770 elektromagnetilise kiirguse perioodi, mis tuleneb tseesium-133 aatomi põhioleku kahe ülipeene taseme üleminekust. Selle põhjal on raske ette kujutada tehniliselt täpsemat tseesiumil põhinevat kella. Aja jooksul on ajamõõtmise hiljutiste edusammudega uued optilised kellad, mis põhinevad ultraviolettsagedusel (100 000 korda tseesiumkellade mikrolainesagedustest suuremad mikrolainesagedused) pulseerival alumiiniumioonil, sadu kordi täpsemad kui aatomkronomeetrid. Lihtsamalt öeldes on Hoptroffi uue No.10 taskukella täpsus 0,0015 sekundit aastas, mis on 2,4 miljonit korda parem kui COSC standardid.
4. foto. 
Ka seadme funktsionaalne pool on fantaasia piiril. Selle abil saate teada: kellaaeg, kuupäev, nädalapäev, aasta, laius- ja pikkuskraad erinevates väärtustes, rõhk, niiskus, sidereaalsed tunnid ja minutid, loodete prognoos ja palju muid näitajaid. Kell on kullavärvi ja selle väärismetallist korpuse loomiseks on plaanis kasutada 3D-printimist.
Richard Hoptrof usub siiralt, et see konkreetne tootmisvõimalus tema järglastele on eelistatuim. Disaini disainikomponendi pisut muutmiseks ei pea tootmisliini üldse ümber ehitama, vaid selleks tuleb kasutada 3D-printimisseadme funktsionaalset paindlikkust. Tõsi, väärib märkimist, et näidatud kella prototüüp valmistati klassikalisel viisil.
5. foto. 
Aeg on tänapäeval väga kallis ja taskukell Hoptroff No. 10 on selle otsene kinnitus. Esialgse info kohaselt on tuumaseadmete esimene partii 12 ühikut ja maksumuse osas on 1 eksemplari hind 78 000 dollarit.
Foto 6. 
Brändi tegevdirektori Richard Hoptroffi sõnul mängis idees võtmerolli Hoptroffi Londoni residents. “Oma kvartsliikumistes kasutame ülitäpset GPS-signaaliga võnkesüsteemi. Kuid Londoni kesklinnas pole seda signaali nii lihtne tabada. Kord Greenwichi observatooriumi reisi ajal nägin seal Hewlett Packardi aatomkella ja otsustasin endale Interneti kaudu midagi sarnast osta. Ja ma ei saanud. Sattusin hoopis infole Symmetriconi kiibi kohta ja pärast kolmepäevast mõtlemist sain aru, et see sobiks suurepäraselt taskukellaks.
Kõnealune kiip on SA.45s tseesiumi aatomkell (CSAC), esimene põlvkond miniatuurseid aatomkellasid GPS-vastuvõtjatele, seljakottraadiotele ja droonidele. Vaatamata oma tagasihoidlikele mõõtmetele (40 mm x 34,75 mm) ei mahu see tõenäoliselt käekellasse. Seetõttu otsustas Hoptroff varustada nendega üsna soliidse taskumudeli (läbimõõt 82 mm).
Lisaks sellele, et Hoptroff No 10 (brändi kümnes liigutus) on maailma kõige täpsem kell, väidab see, et see on esimene 3D-printimise tehnoloogiat kasutades valmistatud kuldkorpus. Hoptroff pole veel kindel, kui palju kulda korpuse valmistamiseks vaja läheb (töö esimese prototüübi kallal lõpetati, kui number trükki läks), kuid ta oletab, et selle maksumus on "minimaalselt mitu tuhat naela". Ja kogu toote arendamiseks vajaliku uurimis- ja arendustegevusega (mõelge 3000 erineva pordi harmooniliste konstantide loodete funktsioonile), võiksite eeldada, et lõplik jaehind on umbes 50 000 naela.
Mudeli nr 10 kullast korpus 3D-printeri väljapääsu juures ja valmis kujul
Ostjatest saavad automaatselt eksklusiivse klubi liikmed ja nad peavad allkirjastama kirjaliku kohustuse mitte kasutada aatomkella kiipi relvana. "See on üks meie tarnijaga sõlmitud lepingu tingimusi," selgitab hr Hoptroff, "kuna aatomikiipi kasutati algselt rakettide juhtimissüsteemides." Vähe sellest, et oleks võimalik saada laitmatu täpsusega kell.
Hoptroffi No.10 õnnelike omanike käsutuses on palju enamat kui lihtsalt ülitäpne käekell. Mudel toimib ka taskunavigatsiooniseadmena, mis võimaldab lihtsa sekstandi abil määrata pikkuskraadi ühe meremiili täpsusega isegi pärast pikki merel oldud aastaid. Mudel saab kaks sihverplaati, kuid ühe kujundust hoitakse endiselt saladuses. Teine on loendurite keeristorm, mis kuvab koguni 28 komplikatsiooni: alates kõigist võimalikest kronomeetrilistest funktsioonidest ja kalendrinäitajatest kuni kompassi, termomeetri, hügromeetri (niiskusetaseme mõõtmise seade), baromeetri, laius- ja pikkuskraadiloenduri ning kõrge indikaatorini. / mõõn. Rääkimata aatomitermostaadi oleku olulistest näitajatest.
Hoptroff plaanib turule tuua mitmeid uusi tooteid, sealhulgas George Danielsi legendaarse keerulise Space Traveler käekella elektrooniline versioon. Praegu töötatakse nende kallal, et integreerida kellasse Bluetooth-tehnoloogia, et salvestada kasutaja isiklikku teavet ja võimaldada automaatset reguleerimist tüsistustele, nagu kuufaasi kuva.
Kui tuli järsku kustub ja veidi hiljem uuesti süttib, siis kuidas sa tead, mis kellaaeg tuleb seada? Jah, ma räägin elektroonilistest kelladest, mis ilmselt paljudel meist on. Kas olete kunagi mõelnud, kuidas aega reguleeritakse? Selles artiklis õpime kõike aatomkellade kohta ja seda, kuidas need kogu maailma tiksuma panevad.
Aatomkellad näitavad aega paremini kui ükski teine kell. Need näitavad aega paremini kui Maa pöörlemine ja tähtede liikumine. Ilma aatomkelladeta oleks GPS-navigatsioon võimatu, sünkroniseerimata ning planeetide asukoht poleks kosmosesondide ja -sõidukite jaoks piisava täpsusega teada.
Aatomkellad ei ole radioaktiivsed. Nad ei tugine aatomi lagunemisele. Pealegi on neil vedru, nagu tavalistel kelladel. Standardkellade ja aatomkellade suurim erinevus seisneb selles, et aatomkellade võnkumised toimuvad aatomi tuumas ümbritsevate elektronide vahel. Vaevalt saab neid võnkumisi kerivas kellas tasakaalurattaga paralleelseks nimetada, kuid mööduva aja jälgimiseks saab kasutada mõlemat tüüpi võnkumisi. Aatomi võnkesageduse määrab tuuma mass, gravitatsioon ja elektrostaatiline "vedru" tuuma positiivse laengu ja seda ümbritseva elektronipilve vahel.
Milliseid aatomkellade tüüpe me teame?
Tänapäeval on erinevat tüüpi aatomkellasid, kuid need on ehitatud samadel põhimõtetel. Peamine erinevus on seotud energiataseme muutuste tuvastamise elemendi ja vahenditega. Erinevat tüüpi aatomkellade hulgas on järgmised:
- Tseesiumi aatomkellad, mis kasutavad tseesiumi aatomite kiirte abil. Kell eraldab magnetvälja abil erineva energiatasemega tseesiumi aatomeid.
- Vesiniku aatomkell hoiab vesinikuaatomid õigel energiatasemel anumas, mille seinad on valmistatud spetsiaalsest materjalist, nii et aatomid ei kaota oma kõrge energiaga olekut liiga kiiresti.
- Rubiidiumi aatomkellad, mis on kõige lihtsamad ja kompaktsemad, kasutavad rubiidiumigaasiga täidetud klaaselementi.
Tänapäeva kõige täpsemad aatomkellad kasutavad tseesiumiaatomit ja tavalist magnetvälja koos detektoritega. Lisaks hoiavad tseesiumi aatomeid tagasi laserkiired, mis vähendab Doppleri efekti tõttu väikseid sageduse muutusi.
Kuidas tseesiumipõhised aatomkellad töötavad?
Aatomitel on iseloomulik võnkesagedus. Tuttav näide sagedusest on naatriumi oranž kuma lauasoolas, kui see tulle visatakse. Aatomil on palju erinevaid sagedusi, millest osa on raadiosagedusalas, osa nähtavas spektris ja osa nende vahel. Aatomkellade jaoks valitakse kõige sagedamini tseesium-133.
Tseesiumi aatomite resonantsi tekitamiseks aatomkellas tuleb täpselt mõõta üks üleminekutest ehk resonantssagedus. Tavaliselt tehakse seda kristallostsillaatori blokeerimisega tseesiumiaatomi põhilises mikrolaineresonantsis. See signaal on raadiosagedusspektri mikrolainealas ja sellel on sama sagedus kui otseedastussatelliitide signaalidel. Insenerid teavad, kuidas luua selle spektripiirkonna jaoks pisidetailideni seadmeid.
Kella loomiseks kuumutatakse tseesiumi esmalt nii, et aatomid aurustuvad ja läbivad kõrgvaakumtoru. Esiteks läbivad nad magnetvälja, mis valib soovitud energiaolekuga aatomid; siis läbivad nad intensiivse mikrolainevälja. Mikrolaineenergia sagedus hüppab kitsas sagedusribas edasi-tagasi, nii et ühel hetkel jõuab see sageduseni 9 192 631 770 hertsi (Hz ehk tsükleid sekundis). Mikrolaineostsillaatori ulatus on juba sellele sagedusele lähedal, kuna seda toodab täpne kristallostsillaator. Kui tseesiumiaatom saab soovitud sagedusega mikrolaineenergiat, muudab see oma energiaolekut.
Toru otsas eraldab teine magnetväli aatomeid, mis on õige sagedusega mikrolainevälja korral oma energiaolekut muutnud. Toru otsas olev detektor annab väljundi, mis on võrdeline seda tabanud tseesiumiaatomite arvuga ja saavutab maksimumi siis, kui mikrolainesagedus on piisavalt tõene. Seda tippsignaali on vaja korrigeerimiseks, et viia kristallostsillaator ja seega ka mikrolaineväli soovitud sagedusele. See lukustatud sagedus jagatakse seejärel 9 192 631 770-ga, et saada tuttav üks impulss sekundis, mida reaalne maailm vajab.
Millal leiutati aatomkell?
1945. aastal pakkus Columbia ülikooli füüsikaprofessor Isidore Rabi välja kella, mida saaks valmistada 1930. aastatel välja töötatud tehnikate abil. Seda nimetati magnetresonantsi aatomikiireks. 1949. aastaks teatas National Bureau of Standards maailma esimese ammoniaagi molekulil põhineva aatomkella loomisest, mille vibratsioone loeti ning 1952. aastaks oli loodud maailma esimene tseesiumiaatomitel põhinev aatomkell NBS-1.
1955. aastal ehitas Inglismaa riiklik füüsikalabor esimese kella, kasutades kalibreerimisallikana tseesiumikiirt. Järgmise kümnendi jooksul loodi täiustatud kellad. 1967. aastal, 13. kaalude ja mõõtude peakonverentsil, määrati SI sekund tseesiumiaatomi vibratsiooni põhjal. Maailma ajavõtusüsteemis polnud paremat määratlust kui see. NBS-4, maailma stabiilseim tseesiumkell, valmis 1968. aastal ja oli kasutusel 1990. aastani.
1999. aastal alustas NBS, ümbernimetatud NIST, tööd NIST-F1 kellaga, mille täpsus oli üks sekund iga 20 miljoni aasta järel. 
Kuidas mõõdetakse aatomiaega?
Tänapäeval on tseesiumiosakeste õigeks resoneerimise sageduseks rahvusvaheliselt kokku lepitud 9 192 631 770 hertsi, seega peaks väljundi jagamine selle arvuga andma 1 Hz ehk 1 tsükli sekundis.
Aja mõõtmise täpsus on astronoomiliste meetoditega võrreldes miljon korda suurem. Täna kaotab see viie miljardi aasta jooksul ühe sekundi.
