Пред очите ви е красив старинен часовник с махало. Тик - секунда, так - секунда, махалото спокойно и изящно минава от ляво на дясно и обратно, а стрелките се движат бавно и достолепно.

Сега заменете махалото с атоми, чиито електрони са в постоянно и много по-бързо движение - вече не се чува тик-так, затова пък часовникът е няколко милиона пъти по-точен.

Всеки съвременен часовник се състои принципно от две части: резонатор (махало или кварцов кристал, който вибрира) и брояч, който брои импулсите, идващи от резонатора, и показва броя им. Колкото по-бързо работи резонаторът, толкова по-точен е часовникът. Така е и при атомния часовник. Особеното при него е, че такта задават отделни свободни атоми. Използва се фактът, че енергийните нива на електроните на атомите са константи. И

при “скок” от едно ниво на друго електронът,

който обикаля около ядрото, изхвърля или абсорбира разликата между двете енергии. Честотата на полученото електромагнитно лъчение е пропорционална на тази разлика.

Ако принудим електроните да извършат такъв предварително определен от нас скок, получаваме лъчение с определена честота, която е изключително точна мярка за време. Идеята да се използват трептенията на атома за измерване на времето дава още лорд Келвин през 1879 г. През 1949 г. американецът Айсидор Раби представя и първия атомен часовник, създаден на базата на молекули амоняк. По-късно обаче цезий-133 се оказва по-подходящ.

Така през 1955 г. се появява първият цезиев часовник.

Ето как действа: цезият се изпарява в пещ и в газообразно състояние се отвежда във вакуум, където се “оформя” в атомен лъч. Атомите са в едно от двете си най-ниски енергийни състояния. Те преминават в резонатор с магнитно микровълново поле, в което с голяма вероятност сменят енергийното си състояние. Атомите, които направят това, се регистрират. Броят им зависи от честотата на микровълните. Тя се настройва така, че да се регистрират максимален брой атоми, което е труден и много прецизен процес. Така е определено, че

1 секунда е точно 9 192 631 770 трептения на атома

на цезия. Или според Международната система единици (SI) от 1967 г. насам секундата се дефинира като “времетраенето на 9 192 631 770 периода на излъчването, съответстващо на прехода между двете свръхфини нива на основното състояние на атома на цезий-133 при температура от нула келвина”.


За сравнение - кварцовият кристал в ръчните часовници излъчва сигнали 32 768 пъти на секунда - 280 хил. пъти по-малко от атомните. Това е и причината за съвършената точност на атомния часовник - при най-новите възможното отклонение е от 1 секунда на 30 милиона години! А неотдавна в САЩ бе създаден атомен часовник със стронций, който

“тиктака” 430 трлн. пъти

за секунда и чието отклонение е 1 секунда на 80 млн. години.

В света годишно се произвеждат около 200 цезиеви часовника. Но за какво са ни толкова точни измерватели на времето? Физиката, навигацията, телекомуникациите, метрологията, космическите изследвания, геодезията са най-печеливши от свръхточното време.

При съвременните физични експерименти - като в ускорителите на частици (в ЦЕРН например) - са необходими измервания в екстремно кратки срокове (от порядъка на наносекунди - милиардни от секундата). Атомните часовници са

в основата и на GPS.

Навигационната система в колата получава по един времеви сигнал от 3 сателита със скоростта на светлината (300 000 км/сек). И тъй като автомобилът обикновено не е точно по средата на трите спътника, времето, за което стигат сигналите, е различно. От тези миниатюрни разлики се изчислява точната позиция. Така че и за транспорта, и за икономиката точният часовник е много важен.

Чрез радиопредаватели, които излъчват сигнал, получен от национален или регионален атомен часовник, се синхронизират настолните и ръчните часовници с радиосверяване. Така може да имате най-точното време. С атомни часовници са свързани и много национални радиостанции, които излъчват сигнала в определени кръгли часове.

Автор: Гергана Стоилова