Geçen yıl, 2012, insanlığın zamanı olabildiğince doğru ölçmek için atomik zaman işleyişini kullanmaya karar vermesinin üzerinden kırk beş yıl geçti. 1967'de Uluslararası zaman kategorisi astronomik ölçeklerle belirlenmekten vazgeçti - bunların yerini sezyum frekans standardı aldı. Şimdi popüler olan adı - atomik saatleri alan oydu. Belirlemenize izin verdikleri tam zaman, üç milyon yılda bir saniye gibi önemsiz bir hataya sahiptir, bu da onların dünyanın herhangi bir köşesinde bir zaman standardı olarak kullanılmalarına izin verir.
biraz tarih
Ultra hassas zaman ölçümü için atomik titreşimleri kullanma fikri ilk olarak 1879'da İngiliz fizikçi William Thomson tarafından ifade edildi. Rezonatör atomları yayıcı rolünde, bu bilim adamı hidrojen kullanımını önerdi. Fikri uygulamaya koymaya yönelik ilk girişimler yalnızca 1940'larda yapıldı. yirminci yüzyıl. Ve dünyanın çalışan ilk atom saati 1955'te İngiltere'de ortaya çıktı. Yaratıcıları İngiliz deneysel fizikçi Dr. Louis Essen'di. Bu saat, sezyum-133 atomlarının titreşimleri temelinde çalıştı ve onlar sayesinde, bilim adamları nihayet zamanı eskisinden çok daha büyük bir doğrulukla ölçebildiler. Essen'in ilk cihazı, her yüz yılda bir saniyeden fazla olmayan bir hataya izin verdi, ancak daha sonra birçok kez arttı ve saniyedeki hata yalnızca 2-3 yüz milyonlarca yılda birikebilir.
Atom saati: nasıl çalışır?
Bu dahiyane "cihaz" nasıl çalışıyor? Bir rezonans frekansı üreteci olarak atomik saatler, kuantum seviyesindeki molekülleri veya atomları kullanır. birkaç farklı enerji düzeyine sahip "atom çekirdeği - elektronlar" sistemi arasında bir bağlantı kurar. Böyle bir sistem kesin olarak belirlenmiş bir sıklıkta etkilenirse, bu sistemin düşük seviyeden yüksek seviyeye geçişi gerçekleşir. Tersi işlem de mümkündür: bir atomun daha yüksek bir seviyeden daha düşük bir seviyeye geçişi, buna enerji emisyonu eşlik eder. Bu fenomenler, bir salınım devresi gibi bir şey yaratılarak tüm enerji sıçramalarını kontrol edebilir ve kaydedebilir (buna atomik osilatör de denir). Rezonans frekansı, komşu atomik geçiş seviyeleri arasındaki enerji farkına bölünerek Planck sabitine karşılık gelecektir.
Böyle bir salınım devresi, mekanik ve astronomik seleflerine göre yadsınamaz avantajlara sahiptir. Böyle bir atomik osilatör için, herhangi bir maddenin atomlarının rezonans frekansı aynı olacaktır, bu sarkaçlar ve piezokristaller hakkında söylenemez. Ayrıca atomlar zamanla özelliklerini değiştirmezler ve yıpranmazlar. Bu nedenle, atomik saatler son derece hassastır ve neredeyse sonsuz bir kronometredir.
Doğru zaman ve modern teknolojiler
Telekomünikasyon ağları, uydu iletişimi, GPS, NTP sunucuları, borsadaki elektronik işlemler, çevrimiçi müzayedeler, İnternet üzerinden bilet satın alma prosedürü - tüm bunlar ve diğer birçok fenomen uzun zamandır hayatımızda sağlam bir şekilde yerleşmiş durumda. Ancak insanlık atom saatini icat etmeseydi, tüm bunlar olmayacaktı. Herhangi bir hatayı, gecikmeyi ve gecikmeyi en aza indirmenize izin veren senkronizasyon, bir kişinin asla çok fazla olmayan bu paha biçilmez yeri doldurulamaz kaynaktan en iyi şekilde yararlanmasını sağlar.
Zamanı ölçmek için cihazların geliştirilmesinde yeni bir ivme atomik fizikçiler tarafından verildi.
1949'da, salınımların kaynağının bir sarkaç veya kuvars osilatörü değil, bir atomun iki enerji seviyesi arasındaki bir elektronun kuantum geçişiyle ilişkili sinyaller olduğu ilk atomik saat inşa edildi.
Uygulamada, bu tür saatlerin çok doğru olmadığı ortaya çıktı, ayrıca hantal ve pahalıydılar ve yaygın olarak kullanılmıyorlardı. Daha sonra kimyasal element olan sezyuma dönmeye karar verildi. Ve 1955'te sezyum atomlarına dayalı ilk atomik saat ortaya çıktı.
1967'de Dünya'nın dönüşü yavaşladığı ve bu yavaşlamanın büyüklüğü sabit olmadığı için atomik zaman standardına geçilmesine karar verildi. Bu, astronomların ve Zaman bekçilerinin çalışmalarını büyük ölçüde engelledi.
Dünya şu anda 100 yılda yaklaşık 2 milisaniye hızında dönüyor.
Günün süresindeki dalgalanmalar da saniyenin binde birine ulaşır. Bu nedenle, Greenwich Ortalama Saati'nin (1884'ten beri dünya standardı) doğruluğu yetersiz hale geldi. 1967'de atomik zaman standardına geçiş gerçekleşti.
Bugün bir saniye, tamı tamına 9.192.631.770 radyasyon periyoduna eşit bir zaman periyodudur; bu, Sezyum 133 atomunun temel halinin iki aşırı ince seviyesi arasındaki geçişe karşılık gelir.
Şu anda zaman ölçeği olarak Eşgüdümlü Evrensel Zaman kullanılmaktadır. Uluslararası Ağırlıklar ve Ölçüler Bürosu tarafından çeşitli ülkelerin zaman tutma laboratuvarlarından alınan verilerle Uluslararası Dünya Döndürme Hizmeti'nden alınan verilerin birleştirilmesiyle oluşturulur. Doğruluğu astronomik Greenwich Ortalama Saatinden neredeyse bir milyon kat daha iyidir.
Ultra hassas atomik saatlerin boyutunu ve maliyetini radikal bir şekilde düşürmeyi mümkün kılacak, mobil cihazlarda çeşitli amaçlarla yaygın olarak kullanılmasını mümkün kılacak bir teknoloji geliştirildi. Bilim adamları, ultra küçük boyutlu bir atomik zaman standardı oluşturmayı başardılar. Bu tür atomik saatler 0,075 W'tan daha az tüketir ve 300 yılda bir saniyeden fazla olmayan bir hataya sahiptir.
Bir ABD araştırma ekibi, ultra kompakt bir atomik standart oluşturmayı başardı. Atomik saatlere geleneksel AA pillerden güç sağlamak mümkün hale geldi. Genellikle en az bir metre yüksekliğinde olan ultra hassas atomik saatler, 1,5x1,5x4 mm'lik bir hacme yerleştirildi.
Amerika Birleşik Devletleri'nde tek bir cıva iyonuna dayalı deneysel bir atomik saat geliştirildi. Uluslararası bir standart olarak kabul edilen sezyumdan beş kat daha hassastırlar. Sezyum saatler o kadar hassastır ki, bir saniyelik farka ancak 70 milyon yıl sonra ulaşılır ve cıvalı saatler için bu süre 400 milyon yıl olacaktır.
1982'de yeni bir astronomik nesne, milisaniyelik bir pulsar, Zaman standardının astronomik tanımı ile onu kazanan atomik saat arasındaki anlaşmazlığa müdahale etti. Bu sinyaller en iyi atomik saatler kadar kararlıdır.
Biliyor musun?
Rusya'daki ilk saat
1412'de Moskova'da Müjde Kilisesi'nin arkasındaki Büyük Dük'ün avlusuna bir saat yerleştirildi ve onları Sırp topraklarından gelen Sırp keşiş Lazar yaptı. Ne yazık ki, Rusya'daki bu ilk saatlerin açıklaması korunmadı.
________Moskova Kremlin'in Spasskaya Kulesi'ndeki çanlar nasıl ortaya çıktı?
17. yüzyılda İngiliz Christopher Galovey, Spasskaya Kulesi için çanlar yaptı: saat çemberi 17 sektöre bölünmüştü, tek saat ibresi hareketsizdi, aşağıyı gösteriyor ve kadrandaki herhangi bir sayıyı gösteriyordu, ancak kadranın kendisi dönüyordu.
Atomik saatlerin her zaman tam zamanı gösterdiği ifadesini sık sık duyarız. Ancak isimlerinden, atomik saatlerin neden en doğru saat olduğunu veya nasıl çalıştıklarını anlamak zordur.
Adın "atom" kelimesini içermesi, hemen bir atom bombası veya nükleer santral düşünceleri akla gelse bile, saatin yaşam için bir tehlike olduğu anlamına gelmez. Bu durumda, sadece saatin prensibinden bahsediyoruz. Sıradan mekanik saatlerde dişliler titreşim hareketleri yapıyorsa ve hareketleri sayılıyorsa, atomik saatlerde atomların içindeki elektronların salınımları sayılır. Çalışma prensibini daha iyi anlamak için, temel parçacıkların fiziğini hatırlayalım.
Dünyamızdaki tüm maddeler atomlardan oluşur. Atomlar proton, nötron ve elektronlardan oluşur. Protonlar ve nötronlar, nükleon olarak da adlandırılan bir çekirdeği oluşturmak için birbirleriyle birleşirler. Elektronlar, farklı enerji seviyelerinde olabilen çekirdeğin etrafında hareket eder. En ilginç şey, bir elektronun enerjiyi emerken veya verirken, enerji seviyesinden daha yüksek veya daha düşük bir enerji seviyesine geçebilmesidir. Bir elektron, her geçişte belirli bir frekansta elektromanyetik radyasyonu emerek veya yayarak elektromanyetik radyasyondan enerji alabilir.
Çoğu zaman, Sezyum -133 elementinin atomlarının değişmek için kullanıldığı saatler vardır. 1 saniye içinde sarkaç ise geleneksel saatler 1 salınım hareketi yapar, sonra elektronlar atomik saatlerde Sezyum-133'e dayalı olarak, bir enerji seviyesinden diğerine geçerken 9192631770 Hz frekansta elektromanyetik radyasyon yayarlar. Atomik saatlerde hesaplanırsa, bir saniyenin tam olarak bu sayıda aralığa bölündüğü ortaya çıkıyor. Bu değer uluslararası toplum tarafından 1967 yılında resmen kabul edilmiştir. 60 değil, sadece 1 saniye olan 9192631770 bölümün olduğu devasa bir kadran hayal edin. Atomik saatlerin bu kadar doğru olması ve bir dizi avantajı olması şaşırtıcı değildir: atomlar yaşlanmaz, yıpranmaz ve salınım frekansı, aynı anda karşılaştırmanın mümkün olduğu bir kimyasal element için her zaman aynı olacaktır. , örneğin, uzayda ve Dünya'da atomik saatlerin okumaları, hatalardan korkmaz.
Atomik saatler sayesinde, insanlık pratikte görelilik teorisinin doğruluğunu test edebildi ve Dünya'da olduğundan emin oldu. Birçok uyduya ve uzay aracına atomik saatler kurulur, telekomünikasyon ihtiyaçları için kullanılırlar, mobil iletişim için kullanılırlar, tüm gezegendeki tam zamanı karşılaştırırlar. Abartmadan, insanlığın yüksek teknoloji çağına girebilmesi atom saatinin icadı sayesinde oldu.
Atom saatleri nasıl çalışır?
Sezyum-133, istenen enerji durumlarına sahip atomların seçildiği bir manyetik alandan geçirilen sezyum atomlarının buharlaştırılmasıyla ısıtılır.
Daha sonra seçilen atomlar, bir kuvars osilatör oluşturan 9192631770 Hz'e yakın bir frekansa sahip bir manyetik alandan geçer. Alanın etkisi altında, sezyum atomları tekrar enerji durumlarını değiştirir ve gelen en fazla sayıda atomun "doğru" enerji durumuna sahip olacağı zamanı sabitleyen dedektörün üzerine düşer. Değişen bir enerji durumuna sahip maksimum atom sayısı, mikrodalga alanının frekansının doğru seçildiğini ve ardından değerinin bir elektronik cihaza - frekansı bir tam sayı kadar azaltan bir frekans bölücüye beslendiğini gösterir. referans saniye olan 1 sayısı.
Böylece, sezyum atomları, kristal osilatörün ürettiği manyetik alanın doğru frekansını kontrol etmek için kullanılır ve sabit kalmasına yardımcı olur.
Bu ilginç: bugün var olan atomik saatler eşi görülmemiş derecede doğru olmasına ve milyonlarca yıl hatasız çalışabilmesine rağmen, fizikçiler burada durmayacaklar. Çeşitli kimyasal elementlerin atomlarını kullanarak, atomik saatlerin doğruluğunu artırmak için sürekli çalışıyorlar. En son icatlardan - atomik saatler stronsiyum sezyum muadillerinden üç kat daha doğru olan. Onların sadece bir saniye gerisinde olmaları 15 milyar yıl sürerdi - evrenimizin yaşından daha uzun bir süre...
Bir hata bulursanız, lütfen bir metin parçasını vurgulayın ve tıklayın. Ctrl+Enter.
Atom saati 27 Ocak 2016
İsviçre ve hatta Japonya, yerleşik bir atomik zaman standardına sahip dünyanın ilk cep saatinin doğum yeri olmayacak. Yaratılışlarının fikri, Londra merkezli Hoptroff markasından İngiltere'nin kalbinde ortaya çıktı.
Atomik veya "kuantum saatleri" olarak da adlandırıldıkları şekliyle, atomlar veya moleküller düzeyinde meydana gelen süreçlerle ilişkili doğal titreşimleri kullanarak zamanı ölçen bir cihazdır. Richard Hoptroff, ileri teknoloji cihazlarla ilgilenen modern beyefendilerin cep mekanik saatlerini daha abartılı ve sıra dışı ve aynı zamanda modern kentsel trendlerle uyumlu bir saatle değiştirme zamanının geldiğine karar verdi.
Böylece halka zarif bir cep atomik saati Hoptroff No. 1 gösterildi. 10, yalnızca retro stili ve fantastik doğruluğu ile değil, aynı zamanda hizmet ömrü ile de çok sayıda gadget'ın cazibesine kapılan modern nesli şaşırtabilir. Geliştiricilere göre bu saati yanınızda bulundurarak en az 5 milyar yıl boyunca en dakik insan olarak kalabileceksiniz.
Onlar hakkında başka ne ilginç bulabilirsin ...
Fotoğraf 2. 
Bu tür saatlerle hiç ilgilenmemiş olanlar için çalışma prensibini kısaca açıklamaya değer. "Atomik cihazın" içinde klasik bir mekanik saate benzeyen hiçbir şey yoktur. Hoptroff'ta hayır. 10 gibi mekanik parçalar yoktur. Bunun yerine, atomik cep saatleri, sıcaklığı özel bir fırın tarafından kontrol edilen radyoaktif gazlı bir madde ile doldurulmuş sızdırmaz bir hazne ile donatılmıştır. Kesin zamanlama şu şekildedir: lazerler, saatin bir tür "doldurucusu" olan kimyasal bir elementin atomlarını harekete geçirir ve rezonatör, her bir atomik geçişi yakalar ve ölçer. Günümüzde bu tür cihazların temel unsuru sezyumdur. SI birim sistemini hatırlarsak, o zaman sezyum-133 atomlarının bir enerji seviyesinden diğerine geçişi sırasında saniyenin değeri elektromanyetik radyasyon periyotlarının sayısı ile bağlantılıdır.
Fotoğraf 3. 
Akıllı telefonlarda işlemci yongası cihazın kalbi olarak kabul ediliyorsa, o zaman Hoptroff No. 10'da bu rol, referans zamanın modül oluşturucusu tarafından üstlenilir. Symmetricom tarafından sağlanıyor ve çipin kendisi başlangıçta askeri endüstride - insansız hava araçlarında kullanıma odaklanmıştı.
CSAC atomik saati, sezyum buhar odası içeren sıcaklık kontrollü bir termostat ile donatılmıştır. Bir lazerin sezyum-133 atomları üzerindeki etkisi altında, bir enerji durumundan diğerine geçişleri başlar ve bunu ölçmek için bir mikrodalga rezonatör kullanılır. 1967'den beri, Uluslararası Birimler Sistemi (SI) bir saniyeyi, sezyum-133 atomunun temel durumunun iki aşırı ince seviyesi arasındaki geçişten kaynaklanan 9.192.631.770 periyotluk elektromanyetik radyasyon olarak tanımlamıştır. Buna dayanarak, sezyum bazlı teknik olarak daha doğru bir saat hayal etmek zor. Zamanla, zaman işleyişindeki son gelişmelerle birlikte, ultraviyole frekansında (sezyum saatlerin mikrodalga frekanslarının 100.000 katı) darbe yapan bir alüminyum iyonuna dayalı yeni optik saatler, atomik kronometrelerden yüzlerce kat daha doğru olacaktır. Basitçe söylemek gerekirse, Hoptroff'un yeni 10 numaralı cep saati, COSC standartlarından 2,4 milyon kat daha iyi olan yılda 0,0015 saniyelik bir doğruluğa sahiptir.
Fotoğraf 4. 
Cihazın işlevsel tarafı da hayal gücünün eşiğinde. Bununla şunları öğrenebilirsiniz: saat, tarih, haftanın günü, yıl, farklı değerlerde enlem ve boylam, basınç, nem, yıldız saatleri ve dakikaları, gelgit tahmini ve diğer birçok gösterge. Saat altın renginde geliyor ve değerli metal kasasını oluşturmak için 3D baskı kullanılması planlanıyor.
Richard Hoptrof, yavruları için bu özel üretim seçeneğinin en çok tercih edilen seçenek olduğuna içtenlikle inanıyor. Tasarımın tasarım bileşenini biraz değiştirmek için, üretim hattını hiç yeniden inşa etmek gerekli olmayacak, bunun için 3D baskı cihazının işlevsel esnekliğini kullanmak gerekecek. Doğru, gösterilen prototip saatin klasik şekilde yapıldığını belirtmekte fayda var.
Fotoğraf 5. 
Bu günlerde zaman çok değerli ve cep saati Hoptroff No. 10, bunun doğrudan bir teyididir. Ön bilgilere göre, ilk parti nükleer cihaz 12 adet olacak ve maliyetine gelince, 1 kopya için fiyat 78.000 $ olacak.
Fotoğraf 6. 
Markanın Genel Müdürü Richard Hoptroff'a göre, Hoptroff'un Londra'daki konutu bu fikirde önemli bir rol oynadı. “Kuvars mekanizmalarımızda, GPS sinyalli yüksek hassasiyetli bir salınım sistemi kullanıyoruz. Ancak Londra'nın merkezinde bu sinyali yakalamak o kadar kolay değil. Bir keresinde Greenwich Gözlemevi'ne yaptığım bir gezi sırasında orada bir Hewlett Packard atom saati gördüm ve internetten kendime benzer bir şey almaya karar verdim. Ve yapamadım. Bunun yerine, bir Symmetricon çipi hakkında bilgiye rastladım ve üç gün düşündükten sonra bunun bir cep saati için mükemmel olacağını anladım.”
Söz konusu çip, GPS alıcıları, sırt çantası radyoları ve dronlar için birinci nesil minyatür atomik saatler olan SA.45s sezyum atomik saatidir (CSAC). Mütevazı boyutlarına (40 mm x 34,75 mm) rağmen bir kol saatine sığması pek mümkün değil. Bu nedenle Hoptroff, onlarla oldukça sağlam bir cep modeli (82 mm çapında) donatmaya karar verdi.
Hoptroff No 10 (markanın onuncu hareketi), dünyadaki en doğru saat olmasının yanı sıra, 3D baskı teknolojisi kullanılarak yapılan ilk altın kasa olma iddiasındadır. Hoptroff, kasayı yapmak için ne kadar altına ihtiyaç duyulacağından henüz emin değil (ilk prototip üzerindeki çalışmalar, sayı baskıya gittiğinde tamamlandı), ancak maliyetinin "minimum birkaç bin pound" olacağını öne sürüyor. Ve ürünü geliştirmek için gereken tüm Ar-Ge ile (3.000 farklı bağlantı noktası için harmonik sabitler için gelgit işlevini düşünün), nihai perakende fiyatının 50.000 £ civarında olmasını beklersiniz.
10 numaralı modelin 3D yazıcıdan çıkışında ve bitmiş haliyle altın kasası
Alıcılar otomatik olarak özel bir kulübe üye olurlar ve atomik saat çipini bir silah olarak kullanmamak için yazılı bir taahhüt imzalamaları istenir. Bay Hoptroff, "Bu, tedarikçiyle yaptığımız sözleşmenin şartlarından biri," diye açıklıyor, "çünkü atomik çip başlangıçta füze güdüm sistemlerinde kullanılıyordu." Kusursuz doğrulukta bir saat alabilmek için fazla bir şey değil.
No.10 by Hoptroff'un şanslı sahipleri, yüksek hassasiyetli bir saatten çok daha fazlasına sahip olacaklar. Model aynı zamanda bir cep navigasyon cihazı olarak da kullanılabilir ve denizde uzun yıllar geçtikten sonra bile basit bir sekstant kullanılarak boylamın bir deniz mili içinde belirlenmesine olanak tanır. Model iki kadran alacak ancak bunlardan birinin tasarımı hâlâ sır olarak saklanıyor. Diğeri ise 28'e kadar komplikasyon gösteren bir sayaç kasırgasıdır: tüm olası kronometrik işlevler ve takvim göstergelerinden bir pusula, termometre, higrometre (nem seviyelerini ölçmek için bir cihaz), barometre, enlem ve boylam sayaçları ve yüksek bir göstergeye / gelgit. Ve bu, atomik termostatın durumunun hayati göstergelerinden bahsetmiyor.
Hoptroff, George Daniels'ın efsanevi karmaşık Space Traveler saatinin elektronik versiyonu da dahil olmak üzere bir dizi yeni ürünü piyasaya sürmeyi planlıyor. Şu anda, kullanıcının kişisel bilgilerini depolamak ve ay evresi ekranı gibi komplikasyonların otomatik olarak ayarlanmasına izin vermek için Bluetooth teknolojisini saate entegre etmek için üzerinde çalışılıyor.
Işık aniden söndüğünde ve biraz sonra tekrar açıldığında, saatin kaça ayarlanması gerektiğini nasıl anlarsınız? Evet, muhtemelen çoğumuzun sahip olduğu elektronik saatten bahsediyorum. Zamanın nasıl düzenlendiğini hiç düşündünüz mü? Bu yazıda, atom saatleri ve tüm dünyayı nasıl çalıştırdıkları hakkında her şeyi öğreneceğiz.
Atomik saatler zamanı diğer tüm saatlerden daha iyi söyler. Zamanı, Dünya'nın dönüşünden ve yıldızların hareketinden daha iyi anlatıyorlar. Atomik saatler olmasaydı, GPS navigasyonu imkansız olurdu, senkronize olmazdı ve gezegenlerin konumu uzay sondaları ve araçlar için yeterli doğrulukta bilinemezdi.
Atomik saatler radyoaktif değildir. Atomik bozunmaya güvenmiyorlar. Üstelik normal saatlerde olduğu gibi bir yayları vardır. Standart saatler ile atomik saatler arasındaki en büyük fark, atomik saatlerdeki salınımların, bir atomun çekirdeğini çevreleyen elektronlar arasında meydana gelmesidir. Bu salınımlar, kurmalı bir saatte denge çarkına paralel olarak adlandırılamaz, ancak her iki salınım türü de geçen zamanı takip etmek için kullanılabilir. Bir atom içindeki salınım frekansı, çekirdeğin kütlesi, yerçekimi ve çekirdeğin pozitif yükü ile etrafındaki elektron bulutu arasındaki elektrostatik "yay" tarafından belirlenir.
Ne tür atomik saatler biliyoruz?
Bugün farklı türde atomik saatler var, ancak aynı prensipler üzerine inşa edilmişler. Ana fark, element ve enerji seviyesindeki değişiklikleri tespit etme araçları ile ilgilidir. Farklı atomik saat türleri arasında aşağıdakiler vardır:
- Sezyum atomlarının ışınlarını kullanan sezyum atom saatleri. Saat, farklı enerji seviyelerine sahip sezyum atomlarını bir manyetik alanla ayırır.
- Bir hidrojen atomik saati, hidrojen atomlarını, duvarları özel bir malzemeden yapılmış bir kapta doğru enerji seviyesinde tutar, böylece atomlar yüksek enerji durumlarını çok hızlı kaybetmezler.
- En basit ve en kompakt olan rubidyum atomik saatler, rubidyum gazıyla dolu bir cam hücre kullanır.
Günümüzün en doğru atomik saatleri, bir sezyum atomu ve dedektörlerle geleneksel bir manyetik alan kullanır. Ek olarak, sezyum atomları, Doppler etkisinden kaynaklanan küçük frekans değişikliklerini azaltan lazer ışınları tarafından tutulur.
Sezyum tabanlı atomik saatler nasıl çalışır?
Atomların karakteristik bir titreşim frekansı vardır. Bilinen bir frekans örneği, ateşe atıldığında sofra tuzu içindeki sodyumun turuncu parlamasıdır. Atom, bazıları radyo aralığında, bazıları görünür spektrumda ve bazıları arada olmak üzere birçok farklı frekansa sahiptir. Sezyum-133, çoğunlukla atomik saatler için seçilir.
Bir atom saatinde sezyum atomlarının rezonansına neden olmak için geçişlerden biri veya rezonans frekansı doğru bir şekilde ölçülmelidir. Bu genellikle kristal osilatörün sezyum atomunun temel mikrodalga rezonansında bloke edilmesiyle yapılır. Bu sinyal, radyo frekansı spektrumunun mikrodalga aralığındadır ve doğrudan yayın yapan uydulardan gelen sinyallerle aynı frekansa sahiptir. Mühendisler, spektrumun bu bölgesi için en küçük ayrıntısına kadar nasıl ekipman yaratılacağını bilirler.
Bir saat oluşturmak için sezyum önce ısıtılır, böylece atomlar buharlaşır ve yüksek vakumlu bir tüpten geçer. İlk önce, istenen enerji durumuna sahip atomları seçen bir manyetik alandan geçerler; sonra yoğun bir mikrodalga alanından geçerler. Mikrodalga enerjisinin frekansı, dar bir frekans bandında ileri geri atlar, böylece bir noktada 9.192.631.770 hertz (Hz veya saniye başına döngü) frekansına ulaşır. Hassas bir kristal osilatör tarafından üretildiğinden, mikrodalga osilatörün menzili zaten bu frekansa yakındır. Bir sezyum atomu, istenen frekansta mikrodalga enerjisi aldığında, enerji durumunu değiştirir.
Tüpün sonunda, başka bir manyetik alan, mikrodalga alan doğru frekanstaysa enerji durumlarını değiştiren atomları ayırır. Tüpün ucundaki detektör, ona çarpan sezyum atomlarının sayısıyla orantılı bir çıkış verir ve mikrodalga frekansı yeterince doğru olduğunda zirve yapar. Bu tepe sinyali, kristal osilatörü ve dolayısıyla mikrodalga alanını istenen frekansa getirmek için düzeltme için gereklidir. Bu kilitli frekans daha sonra 9.192.631.770'e bölünerek gerçek dünyanın ihtiyaç duyduğu tanıdık saniyede bir darbe verir.
Atom saati ne zaman icat edildi?
1945'te Columbia Üniversitesi fizik profesörü Isidore Rabi, 1930'larda geliştirilen teknikler kullanılarak yapılabilecek bir saat önerdi. Manyetik rezonans atomik ışını olarak adlandırıldı. 1949'da Ulusal Standartlar Bürosu, titreşimleri okunan amonyak molekülüne dayalı dünyanın ilk atom saatinin yaratıldığını duyurdu ve 1952'de dünyanın sezyum atomlarına dayalı ilk atom saati NBS-1'i yarattı.
1955'te İngiltere'deki Ulusal Fizik Laboratuvarı, kalibrasyon kaynağı olarak bir sezyum ışını kullanarak ilk saati yaptı. Sonraki on yılda daha gelişmiş saatler yaratıldı. 1967'de 13. Ağırlıklar ve Ölçüler Genel Konferansı sırasında, SI saniyesi sezyum atomundaki titreşimlere göre belirlendi. Dünya zaman işleyişi sisteminde bundan daha iyi bir tanım yoktu. Dünyanın en kararlı sezyum saati olan NBS-4, 1968'de tamamlandı ve 1990'a kadar kullanıldı.
1999'da NIST olarak yeniden adlandırılan NBS, her 20 milyon yılda bir saniye içinde doğru olan NIST-F1 saatiyle çalışmaya başladı. 
Atom zamanı nasıl ölçülür?
Bugün bir sezyum parçacığının rezonansa girmesi için doğru frekansın uluslararası olarak 9.192.631.770 hertz olduğu kabul edilmektedir, bu nedenle çıkışı bu sayıya bölmek 1 Hz veya saniyede 1 döngü vermelidir.
Zamanı ölçmenin doğruluğu, astronomik yöntemlere kıyasla bir milyon kat fazladır. Bugün beş milyar yılda bir saniye kaybediyor.
