Vitin e kaluar, 2012, u bënë dyzet e pesë vjet që kur njerëzimi vendosi të përdorte matjen e kohës atomike për të matur kohën sa më saktë që të ishte e mundur. Në vitin 1967, kategoria ndërkombëtare e kohës pushoi së përcaktuari nga shkallët astronomike - ato u zëvendësuan nga standardi i frekuencës së ceziumit. Ishte ai që mori emrin tani popullor - orët atomike. Koha e saktë që ju lejojnë të përcaktoni ka një gabim të parëndësishëm prej një sekonde në tre milionë vjet, gjë që i lejon ato të përdoren si standard kohor në çdo cep të botës.
Pak histori
Vetë ideja e përdorimit të dridhjeve atomike për matjen e kohës ultra të saktë u shpreh për herë të parë në 1879 nga fizikani britanik William Thomson. Në rolin e emituesit të atomeve rezonatore, ky shkencëtar propozoi përdorimin e hidrogjenit. Përpjekjet e para për të vënë në jetë idenë u bënë vetëm në vitet 1940. shekulli i njëzetë. Dhe ora e parë atomike e punës në botë u shfaq në 1955 në MB. Krijuesi i tyre ishte fizikani eksperimental britanik Dr. Louis Essen. Kjo orë funksiononte në bazë të dridhjeve të atomeve të cezium-133 dhe falë tyre, shkencëtarët më në fund arritën të masin kohën me saktësi shumë më të madhe se më parë. Pajisja e parë e Essen lejoi një gabim jo më shumë se një sekondë për çdo njëqind vjet, por më pas u rrit shumë herë dhe gabimi për sekondë mund të grumbullohet vetëm në 2-3 qindra miliona vjet.
Ora atomike: si funksionon
Si funksionon kjo “pajisje” e zgjuar? Si gjenerator i frekuencave rezonante, orët atomike përdorin molekula ose atome në nivelin kuantik. vendos një lidhje midis sistemit "bërthamë atomike - elektrone" me disa nivele diskrete të energjisë. Nëse një sistem i tillë preket me një frekuencë të specifikuar rreptësisht, atëherë do të ndodhë kalimi i këtij sistemi nga një nivel i ulët në një të lartë. Procesi i kundërt është gjithashtu i mundur: kalimi i një atomi nga një nivel më i lartë në një më të ulët, i shoqëruar nga emetimi i energjisë. Këto dukuri mund të kontrollohen dhe regjistrohen të gjitha kërcimet e energjisë duke krijuar diçka si një qark oscilues (quhet edhe një oshilator atomik). Frekuenca e saj rezonante do të korrespondojë me diferencën e energjisë midis niveleve fqinje të tranzicionit atomik, pjesëtuar me konstanten e Planck-ut.
Një qark i tillë oscilues ka përparësi të pamohueshme ndaj paraardhësve të tij mekanikë dhe astronomikë. Për një oshilator të tillë atomik, frekuenca rezonante e atomeve të çdo substance do të jetë e njëjtë, gjë që nuk mund të thuhet për lavjerrësit dhe piezokristalet. Përveç kësaj, atomet nuk i ndryshojnë vetitë e tyre me kalimin e kohës dhe nuk konsumohen. Prandaj, orët atomike janë jashtëzakonisht të sakta dhe kronometër pothuajse të përjetshëm.
Koha e saktë dhe teknologjitë moderne
Rrjetet e telekomunikacionit, komunikimet satelitore, GPS, serverët NTP, transaksionet elektronike në bursë, ankandet në internet, procedura e blerjes së biletave përmes internetit - të gjitha këto dhe shumë fenomene të tjera janë vendosur fort prej kohësh në jetën tonë. Por nëse njerëzimi nuk do të kishte shpikur orën atomike, e gjithë kjo thjesht nuk do të kishte ndodhur. Koha e saktë, sinkronizimi me të cilin ju lejon të minimizoni çdo gabim, vonesë dhe vonesë, i mundëson një personi të shfrytëzojë sa më shumë këtë burim të pazëvendësueshëm të paçmuar, i cili nuk është kurrë i tepërt.
Një shtysë e re në zhvillimin e pajisjeve për matjen e kohës dhanë fizikanët atomikë.
Në vitin 1949, u ndërtua ora e parë atomike, ku burimi i lëkundjeve nuk ishte një lavjerrës ose një oshilator kuarci, por sinjale të lidhura me kalimin kuantik të një elektroni midis dy niveleve të energjisë të një atomi.
Në praktikë, orët e tilla rezultuan të mos ishin shumë të sakta, për më tepër, ato ishin të mëdha dhe të shtrenjta dhe nuk u përdorën gjerësisht. Pastaj u vendos që t'i drejtohej elementit kimik - ceziumit. Dhe në vitin 1955, u shfaq ora e parë atomike e bazuar në atomet e ceziumit.
Në vitin 1967, u vendos të kalonte në standardin e kohës atomike, pasi rrotullimi i Tokës po ngadalësohet dhe madhësia e këtij ngadalësimi nuk është konstante. Kjo pengoi shumë punën e astronomëve dhe rojeve të Kohës.
Toka aktualisht rrotullohet me një shpejtësi prej rreth 2 milisekonda në 100 vjet.
Luhatjet në kohëzgjatjen e ditës arrijnë edhe në të mijëtat e sekondës. Prandaj, saktësia e kohës mesatare të Greenwich (standard botëror që nga viti 1884) është bërë e pamjaftueshme. Në vitin 1967, ndodhi kalimi në standardin e kohës atomike.
Sot, një sekondë është një periudhë kohore saktësisht e barabartë me 9,192,631,770 periudha rrezatimi, që korrespondon me kalimin midis dy niveleve hiperfine të gjendjes bazë të atomit të Cesium 133.
Për momentin, Koha e Koordinuar Universale përdoret si shkallë kohore. Ai është formuar nga Byroja Ndërkombëtare e Peshave dhe Masave duke kombinuar të dhëna nga laboratorët e matjes së kohës të vendeve të ndryshme, si dhe të dhëna nga Shërbimi Ndërkombëtar i Rrotullimit të Tokës. Saktësia e tij është pothuajse një milion herë më e mirë se koha mesatare astronomike e Greenwich.
Është zhvilluar një teknologji që do të bëjë të mundur uljen rrënjësore të madhësisë dhe kostos së orëve atomike ultra të sakta, gjë që do të bëjë të mundur përdorimin e gjerë të tyre në pajisjet mobile për qëllime të ndryshme. Shkencëtarët ishin në gjendje të krijonin një standard kohor atomik me përmasa ultra të vogla. Orë të tilla atomike konsumojnë më pak se 0,075 W dhe kanë një gabim jo më shumë se një sekondë në 300 vjet.
Një ekip kërkimor amerikan ka arritur të krijojë një standard atomik ultra-kompakt. U bë e mundur fuqizimi i orëve atomike nga bateritë konvencionale AA. Orët atomike jashtëzakonisht të sakta, zakonisht të paktën një metër të larta, vendoseshin në një vëllim prej 1.5x1.5x4 mm
Një orë atomike eksperimentale e bazuar në një jon të vetëm merkuri është zhvilluar në Shtetet e Bashkuara. Ato janë pesë herë më të sakta se ceziumi, i cili pranohet si standard ndërkombëtar. Orët e ceziumit janë aq të sakta sa diferenca prej një sekonde do të arrihet vetëm pas 70 milionë vjetësh, dhe për orët me merkur kjo periudhë do të jetë 400 milionë vjet.
Në vitin 1982, një objekt i ri astronomik, një pulsar milisekonda, ndërhyri në mosmarrëveshjen midis përkufizimit astronomik të standardit të kohës dhe orës atomike që e fitoi atë. Këto sinjale janë po aq të qëndrueshme sa orët më të mira atomike
A e dinit?
Ora e parë në Rusi
Në vitin 1412, në Moskë u vendos një orë në oborrin e Dukës së Madhe pas kishës së Ungjillit dhe i bëri Llazari, një murg serb i ardhur nga toka serbe. Fatkeqësisht, përshkrimi i këtyre orëve të para në Rusi nuk është ruajtur.
________Si u shfaqën tingujt në Kullën Spasskaya të Kremlinit të Moskës?
Në shekullin e 17-të, anglezi Christopher Galovey bëri tingujt për Kullën Spasskaya: rrethi i orës u nda në 17 sektorë, e vetmja akrep i orës ishte i palëvizshëm, duke treguar poshtë dhe duke treguar çdo numër në numërues, por numri vetë rrotullohej.
Shpesh dëgjojmë shprehjen se orët atomike tregojnë gjithmonë kohën e saktë. Por nga emri i tyre është e vështirë të kuptohet pse orët atomike janë më të sakta ose si funksionojnë ato.
Fakti që emri përmban fjalën "atomike" nuk do të thotë aspak se ora është një rrezik për jetën, edhe nëse mendimet për një bombë atomike ose një termocentral bërthamor vijnë menjëherë në mendje. Në këtë rast, ne po flasim vetëm për parimin e orës. Nëse në orët e zakonshme mekanike ingranazhet kryejnë lëvizje vibruese dhe lëvizjet e tyre numërohen, atëherë në orët atomike numërohen lëkundjet e elektroneve brenda atomeve. Për të kuptuar më mirë parimin e funksionimit, le të kujtojmë fizikën e grimcave elementare.
Të gjitha substancat në botën tonë përbëhen nga atome. Atomet përbëhen nga protone, neutrone dhe elektrone. Protonet dhe neutronet bashkohen me njëri-tjetrin për të formuar një bërthamë, e cila quhet edhe një nukleon. Elektronet lëvizin rreth bërthamës, e cila mund të jetë në nivele të ndryshme energjie. Gjëja më interesante është se kur thith ose lëshon energji, një elektron mund të lëvizë nga niveli i tij i energjisë në një nivel më të lartë ose më të ulët. Një elektron mund të marrë energji nga rrezatimi elektromagnetik duke thithur ose lëshuar rrezatim elektromagnetik të një frekuence të caktuar në çdo tranzicion.
Më shpesh ka orë në të cilat atomet e elementit Cesium -133 përdoren për të ndryshuar. Nëse në 1 sekondë lavjerrësi orë konvencionale bën 1 lëvizje osciluese, pastaj elektronet në orët atomike bazuar në Cezium-133, kur lëvizin nga një nivel energjie në tjetrin, ato lëshojnë rrezatim elektromagnetik me një frekuencë prej 9192631770 Hz. Rezulton se një sekondë ndahet pikërisht në këtë numër intervalesh, nëse llogaritet në orë atomike. Kjo vlerë u miratua zyrtarisht nga komuniteti ndërkombëtar në 1967. Imagjinoni një numërues të madh, ku nuk ka 60, por 9192631770 ndarje, të cilat janë vetëm 1 sekondë. Nuk është për t'u habitur që orët atomike janë kaq të sakta dhe kanë një sërë avantazhesh: atomet nuk plaken, nuk konsumohen dhe frekuenca e lëkundjeve do të jetë gjithmonë e njëjtë për një element kimik, falë të cilit është e mundur të krahasohen njëkohësisht , për shembull, leximet e orëve atomike larg në hapësirë dhe në Tokë, pa frikë nga gabimet.
Falë orëve atomike, njerëzimi në praktikë ishte në gjendje të testonte korrektësinë e teorisë së relativitetit dhe të sigurohej se, sesa në Tokë. Orët atomike janë instaluar në shumë satelitë dhe anije kozmike, ato përdoren për nevoja telekomunikacioni, për komunikime celulare, krahasojnë kohën e saktë në të gjithë planetin. Pa ekzagjerim, ishte falë shpikjes së orës atomike që njerëzimi mundi të hynte në epokën e teknologjisë së lartë.
Si funksionojnë orët atomike?
Cezium-133 nxehet duke avulluar atomet e ceziumit, të cilët kalohen përmes një fushe magnetike, ku zgjidhen atomet me gjendjet e dëshiruara energjetike.
Pastaj atomet e përzgjedhura kalojnë nëpër një fushë magnetike me një frekuencë afër 9192631770 Hz, e cila krijon një oshilator kuarci. Nën ndikimin e fushës, atomet e ceziumit ndryshojnë përsëri gjendjet e tyre energjetike dhe bien në detektor, i cili rregullon se kur numri më i madh i atomeve në hyrje do të ketë gjendjen "e saktë" të energjisë. Numri maksimal i atomeve me një gjendje energjie të ndryshuar tregon që frekuenca e fushës së mikrovalës është zgjedhur në mënyrë korrekte, dhe më pas vlera e saj futet në një pajisje elektronike - një ndarës frekuence, i cili, duke reduktuar frekuencën me një numër të plotë herë, merr numri 1, i cili është referenca e dytë.
Kështu, atomet e ceziumit përdoren për të kontrolluar frekuencën e saktë të fushës magnetike të prodhuar nga oshilatori kristal, duke ndihmuar në mbajtjen e saj konstante.
Kjo eshte interesante: megjithëse orët atomike që ekzistojnë sot janë jashtëzakonisht të sakta dhe mund të funksionojnë pa gabime për miliona vjet, fizikanët nuk do të ndalen me kaq. Duke përdorur atome të elementeve të ndryshëm kimikë, ata vazhdimisht po punojnë për të përmirësuar saktësinë e orëve atomike. Nga shpikjet më të fundit - orët atomike të ndezura stroncium, të cilat janë tre herë më të sakta se homologu i tyre i ceziumit. Do t'u duheshin 15 miliardë vjet për të qenë vetëm një sekondë prapa – një kohë më e gjatë se mosha e universit tonë…
Nëse gjeni një gabim, ju lutemi theksoni një pjesë të tekstit dhe klikoni Ctrl+Enter.
Ora atomike 27 janar 2016
Zvicra, apo edhe Japonia, nuk do të jetë vendlindja e orës së parë xhepi në botë me një standard të integruar të kohës atomike. Ideja e krijimit të tyre e ka origjinën në zemër të Britanisë së Madhe nga marka me bazë në Londër Hoptroff
Atomic, ose siç quhen edhe "orë kuantike", është një pajisje që mat kohën duke përdorur dridhjet natyrore që lidhen me proceset që ndodhin në nivelin e atomeve ose molekulave. Richard Hoptroff vendosi se ishte koha që zotërinjtë modernë që janë të interesuar për pajisjet e teknologjisë së lartë të ndryshojnë orët e tyre mekanike të xhepit për diçka më ekstravagante dhe të jashtëzakonshme, dhe gjithashtu në përputhje me tendencat moderne urbane.
Pra, publikut iu shfaq një orë elegante atomike xhepi Hoptroff Nr. 10, i cili mund të befasojë brezin modern, të tunduar nga një bollëk pajisjesh, jo vetëm me stilin e tij retro dhe saktësinë fantastike, por edhe me jetën e tij të shërbimit. Sipas zhvilluesve, duke pasur këtë orë me vete, do të jeni në gjendje të mbeteni personi më i përpiktë për të paktën 5 miliardë vjet.
Çfarë tjetër mund të mësoni rreth tyre interesante ...
Foto 2. 
Për të gjithë ata që nuk janë interesuar kurrë për orët e tilla, ia vlen të përshkruajmë shkurtimisht parimin e funksionimit të tyre. Brenda “pajisjes atomike” nuk ka asgjë që i ngjan një ore klasike mekanike. Në Hoptroff nr. 10 nuk ka pjesë mekanike si të tilla. Në vend të kësaj, orët e xhepit atomike janë të pajisura me një dhomë të mbyllur të mbushur me një substancë të gaztë radioaktive, temperatura e së cilës kontrollohet nga një furrë speciale. Koha e saktë është si më poshtë: lazerët ngacmojnë atomet e një elementi kimik, i cili është një lloj "mbushësi" i orës, dhe rezonatori kap dhe mat çdo tranzicion atomik. Sot, elementi bazë i pajisjeve të tilla është ceziumi. Nëse kujtojmë sistemin SI të njësive, atëherë në të vlera e një sekonde është e lidhur me numrin e periudhave të rrezatimit elektromagnetik gjatë kalimit të atomeve të cezium-133 nga një nivel energjie në tjetrin.
Foto 3. 
Nëse në telefonat inteligjentë çipi i procesorit konsiderohet zemra e pajisjes, atëherë në Hoptroff Nr. 10 këtë rol e merr moduli-gjeneruesi i kohës së referencës. Furnizohet nga Symmetricom, dhe vetë çipi fillimisht ishte i fokusuar në përdorimin në industrinë ushtarake - në mjetet ajrore pa pilot.
Ora atomike CSAC është e pajisur me një termostat të kontrolluar nga temperatura që përmban një dhomë të avullit të ceziumit. Nën ndikimin e një lazeri në atomet e cezium-133, fillon kalimi i tyre nga një gjendje energjetike në tjetrën, për të cilën përdoret një rezonator mikrovalor për ta matur atë. Që nga viti 1967, Sistemi Ndërkombëtar i Njësive (SI) ka përcaktuar një sekondë si 9,192,631,770 periudha të rrezatimit elektromagnetik që rrjedhin nga kalimi midis dy niveleve hiperfine të gjendjes bazë të atomit të cezium-133. Bazuar në këtë, është e vështirë të imagjinohet një orë më e saktë teknikisht e bazuar në cezium. Me kalimin e kohës, me përparimet e fundit në matjen e kohës, orët e reja optike të bazuara në një jon alumini që pulson me frekuencë ultravjollcë (100,000 herë më shumë se frekuencat e mikrovalëve të orëve të ceziumit) do të jenë qindra herë më të sakta se kronometrit atomik. Për ta thënë thjesht, ora e re e xhepit Nr.10 e Hoptroff ka një saktësi prej 0,0015 sekondash në vit, 2,4 milionë herë më e mirë se standardet COSC.
Foto 4. 
Ana funksionale e pajisjes është gjithashtu në prag të fantazisë. Me të, ju mund të zbuloni: kohën, datën, ditën e javës, vitin, gjerësinë dhe gjatësinë gjeografike në vlera të ndryshme, presionin, lagështinë, orët dhe minutat anësore, parashikimin e baticës dhe shumë tregues të tjerë. Ora vjen në ar, dhe është planifikuar të përdoret printimi 3D për të krijuar kutinë e saj prej metali të çmuar.
Richard Hoptrof sinqerisht beson se ky opsion i veçantë prodhimi për pasardhësit e tij është më i preferuari. Për të ndryshuar pak komponentin e dizajnit të dizajnit, nuk do të jetë e nevojshme të rindërtoni fare linjën e prodhimit, por të përdorni fleksibilitetin funksional të pajisjes së printimit 3D për këtë. Vërtetë, vlen të përmendet se ora e treguar prototip është bërë në mënyrën klasike.
Foto 5. 
Koha është shumë e çmuar këto ditë dhe ora e xhepit Hoptroff No. 10 është një konfirmim i drejtpërdrejtë i kësaj. Sipas informacioneve paraprake, grupi i parë i pajisjeve bërthamore do të jetë 12 njësi, dhe sa i përket kostos, çmimi për 1 kopje do të jetë 78,000 dollarë.
Foto 6. 
Sipas Richard Hoptroff, Drejtor Menaxhues i markës, rezidenca e Hoptroff në Londër luajti një rol kyç në ide. “Në lëvizjet tona kuarci, ne përdorim një sistem oscilues me precizion të lartë me një sinjal GPS. Por në qendër të Londrës nuk është aq e lehtë të kapësh këtë sinjal. Një herë, gjatë një udhëtimi në Observatorin e Greenwich, pashë një orë atomike Hewlett Packard atje dhe vendosa të blej diçka të ngjashme për veten time përmes Internetit. Dhe nuk munda. Në vend të kësaj, hasa në informacione për një çip Symmetricon dhe pas tre ditësh të menduari, kuptova se do të ishte perfekt për një orë xhepi.
Çipi në fjalë është ora atomike e ceziumit SA.45s (CSAC), një gjeneratë e parë e orëve atomike në miniaturë për marrës GPS, radio çantë shpine dhe drone. Pavarësisht nga dimensionet e tij modeste (40 mm x 34,75 mm), nuk ka gjasa të përshtatet në një orë dore. Prandaj, Hoptroff vendosi të pajisë me to një model xhepi mjaft të fortë (82 mm në diametër).
Përveçse është ora më e saktë në botë, Hoptroff No 10 (lëvizja e dhjetë e markës) pretendon gjithashtu të jetë kutia e parë prej ari e bërë duke përdorur teknologjinë e printimit 3D. Hoptroff nuk është ende i sigurt se sa ari do të nevojitet për të bërë rastin (puna në prototipin e parë u përfundua kur çështja shkoi në shtyp), por ai sugjeron që kostoja e tij do të jetë "një minimum prej disa mijëra paund". Dhe me gjithë R&D që kërkohet për të zhvilluar produktin (mendoni funksionin e baticës për konstante harmonike për 3000 porte të ndryshme), ju do të prisnit që çmimi përfundimtar i shitjes me pakicë të ishte rreth 50,000 £.
Kuti ari i modelit nr. 10 në dalje nga printeri 3D dhe në formë të përfunduar
Blerësit bëhen automatikisht anëtarë të një klubi ekskluziv dhe do t'u kërkohet të nënshkruajnë një angazhim me shkrim për të mos përdorur çipin e orës atomike si armë. "Ky është një nga kushtet e kontratës sonë me furnizuesin," shpjegon z. Hoptroff, "sepse çipi atomik u përdor fillimisht në sistemet e drejtimit të raketave." Jo shumë për të qenë në gjendje të merrni një orë me saktësi të patëmetë.
Pronarët me fat të Nr.10 nga Hoptroff do të kenë në dispozicion shumë më tepër sesa thjesht një orë me precizion të lartë. Modeli gjithashtu funksionon si një pajisje navigimi xhepi, duke lejuar që gjatësia të përcaktohet brenda një milje detare, edhe pas shumë vitesh në det, duke përdorur një sekstant të thjeshtë. Modeli do të marrë dy numra, por dizajni i njërit prej tyre mbetet ende i fshehtë. Tjetra është një vorbull numëruesish që shfaq deri në 28 ndërlikime: nga të gjitha funksionet e mundshme kronometrike dhe treguesit e kalendarit deri te një busull, termometër, higrometër (një pajisje për matjen e niveleve të lagështisë), barometër, numërues të gjerësisë dhe gjatësisë dhe një tregues të lartë. / baticë të ulët. Dhe kjo nuk është për të përmendur treguesit jetikë të gjendjes së termostatit atomik.
Hoptroff planifikon të lançojë një numër produktesh të reja, duke përfshirë një version elektronik të orës legjendare të ndërlikuar të George Daniels, Space Traveler. Aktualisht po punohet për të integruar teknologjinë Bluetooth në orë për të ruajtur informacionin personal të përdoruesit dhe për të lejuar rregullimin automatik të komplikimeve të tilla si ekrani i fazës së hënës.
Kur drita papritmas fiket dhe ndizet pak më vonë, si e dini se në cilën orë duhet të vendoset ora? Po, e kam fjalën për orët elektronike, të cilat ndoshta shumë prej nesh i kanë. A keni menduar ndonjëherë se si rregullohet koha? Në këtë artikull, ne do të mësojmë gjithçka rreth orëve atomike dhe se si ato e bëjnë të gjithë botën të lëvizë.
Orët atomike tregojnë kohën më mirë se çdo orë tjetër. Ata tregojnë kohën më mirë se rrotullimi i Tokës dhe lëvizja e yjeve. Pa orët atomike, navigimi me GPS do të ishte i pamundur, nuk do të sinkronizohej dhe pozicioni i planetëve nuk do të njihej me saktësi të mjaftueshme për sondat dhe automjetet hapësinore.
Orët atomike nuk janë radioaktive. Ata nuk mbështeten në kalbjen atomike. Për më tepër, ata kanë një pranverë, ashtu si orët e zakonshme. Dallimi më i madh midis orëve standarde dhe orëve atomike është se lëkundjet në orët atomike ndodhin në bërthamën e një atomi midis elektroneve përreth. Këto lëkundje vështirë se mund të quhen paralele me rrotën e ekuilibrit në një orë dredha-dredha, por të dy llojet e lëkundjeve mund të përdoren për të mbajtur gjurmët e kohës që kalon. Frekuenca e lëkundjeve brenda një atomi përcaktohet nga masa e bërthamës, graviteti dhe "pranvera" elektrostatike midis ngarkesës pozitive të bërthamës dhe resë së elektroneve rreth saj.
Cilat lloje të orëve atomike njohim?
Sot ekzistojnë lloje të ndryshme të orëve atomike, por ato janë ndërtuar mbi të njëjtat parime. Dallimi kryesor lidhet me elementin dhe mjetet e zbulimit të ndryshimeve në nivelin e energjisë. Ndër llojet e ndryshme të orëve atomike, ekzistojnë sa vijon:
- Orët atomike të ceziumit duke përdorur rreze atomesh të ceziumit. Ora ndan atomet e ceziumit me nivele të ndryshme energjie nga një fushë magnetike.
- Një orë atomike e hidrogjenit i mban atomet e hidrogjenit në nivelin e duhur të energjisë në një enë, muret e së cilës janë bërë nga një material i veçantë, në mënyrë që atomet të mos e humbin shumë shpejt gjendjen e tyre të energjisë së lartë.
- Orët atomike rubidium, më e thjeshta dhe më kompakte nga të gjitha, përdorin një qelizë qelqi të mbushur me gaz rubidium.
Orët atomike më të sakta sot përdorin një atom ceziumi dhe një fushë magnetike konvencionale me detektorë. Përveç kësaj, atomet e ceziumit mbahen prapa nga rrezet lazer, gjë që redukton ndryshimet e vogla të frekuencës për shkak të efektit Doppler.
Si funksionojnë orët atomike me bazë ceziumi?
Atomet kanë një frekuencë vibruese karakteristike. Një shembull i njohur i frekuencës është shkëlqimi portokalli i natriumit në kripën e tryezës kur hidhet në zjarr. Atomi ka shumë frekuenca të ndryshme, disa në rrezen e radios, disa në spektrin e dukshëm dhe disa në mes. Cezium-133 zgjidhet më shpesh për orët atomike.
Për të shkaktuar rezonancën e atomeve të ceziumit në një orë atomike, një nga tranzicionet ose frekuenca rezonante duhet të matet me saktësi. Kjo zakonisht bëhet duke bllokuar oshilatorin kristal në rezonancën themelore mikrovalore të atomit të ceziumit. Ky sinjal është në intervalin e mikrovalëve të spektrit të frekuencës së radios dhe ka të njëjtën frekuencë si sinjalet nga satelitët e transmetimit të drejtpërdrejtë. Inxhinierët dinë të krijojnë pajisje për këtë rajon të spektrit, deri në detajet më të vogla.
Për të krijuar një orë, ceziumi fillimisht nxehet në mënyrë që atomet të avullojnë dhe të kalojnë nëpër një tub me vakum të lartë. Së pari, ato kalojnë nëpër një fushë magnetike, e cila zgjedh atomet me gjendjen e dëshiruar të energjisë; pastaj kalojnë nëpër një fushë të fortë mikrovalore. Frekuenca e energjisë së mikrovalës kërcen përpara dhe mbrapa në një brez të ngushtë frekuencash, kështu që në një moment arrin një frekuencë prej 9,192,631,770 herc (Hz, ose cikle për sekondë). Gama e oshilatorit të mikrovalës është tashmë afër kësaj frekuence, pasi prodhohet nga një oshilator i saktë kristal. Kur një atom ceziumi merr energji mikrovalore të frekuencës së dëshiruar, ai ndryshon gjendjen e tij energjetike.
Në fund të tubit, një fushë tjetër magnetike ndan atomet, të cilët kanë ndryshuar gjendjen e tyre energjetike nëse fusha e mikrovalës ishte në frekuencën e duhur. Detektori në fund të tubit jep një dalje proporcionale me numrin e atomeve të ceziumit që e godasin atë dhe arrin kulmin kur frekuenca e mikrovalës është mjaft e vërtetë. Ky sinjal maksimal është i nevojshëm për korrigjim në mënyrë që të sjellë oshilatorin kristal, dhe rrjedhimisht fushën e mikrovalës, në frekuencën e dëshiruar. Kjo frekuencë e bllokuar më pas ndahet me 9,192,631,770 për të dhënë pulsin e njohur një për sekondë që i nevojitet botës reale.
Kur u shpik ora atomike?
Në vitin 1945, profesori i fizikës i Universitetit të Kolumbisë, Isidore Rabi propozoi një orë që mund të bëhej duke përdorur teknikat e zhvilluara në vitet 1930. U quajt rrezja atomike e rezonancës magnetike. Në vitin 1949, Byroja Kombëtare e Standardeve njoftoi krijimin e orës së parë atomike në botë bazuar në molekulën e amoniakut, dridhjet e së cilës u lexuan, dhe në vitin 1952 kishte krijuar orën e parë atomike në botë të bazuar në atomet e ceziumit, NBS-1.
Në vitin 1955, Laboratori Kombëtar Fizik në Angli ndërtoi orën e parë duke përdorur një rreze ceziumi si një burim kalibrimi. Gjatë dekadës së ardhshme, u krijuan orë më të avancuara. Në vitin 1967, gjatë Konferencës së 13-të të Përgjithshme mbi Peshat dhe Masat, SI e dyta u përcaktua bazuar në dridhjet në atomin e ceziumit. Nuk kishte përkufizim më të mirë se ky në sistemin botëror të matjes së kohës. NBS-4, ora më e qëndrueshme e ceziumit në botë, u përfundua në vitin 1968 dhe ishte në përdorim deri në vitin 1990.
Në vitin 1999, NBS, i riemërtuar NIST, filloi të punojë me orën NIST-F1, e cila ishte e saktë brenda një sekonde çdo 20 milionë vjet. 
Si matet koha atomike?
Frekuenca e saktë që një grimcë ceziumi të rezonojë sot është pranuar ndërkombëtarisht të jetë 9,192,631,770 herz, kështu që pjesëtimi i prodhimit me këtë numër duhet të japë 1 Hz, ose 1 cikël për sekondë.
Saktësia e matjes së kohës është një milion herë në krahasim me metodat astronomike. Sot humbet një sekondë në pesë miliardë vjet.
