Tahun lalu, 2012, empat puluh lima tahun sejak umat manusia memutuskan untuk menggunakan ketepatan waktu atom untuk mengukur waktu seakurat mungkin. Pada tahun 1967, dalam sistem SI Internasional, kategori waktu tidak lagi ditentukan oleh skala astronomi - mereka digantikan oleh standar frekuensi sesium. Dialah yang menerima nama yang sekarang populer - jam atom. Waktu yang tepat yang mereka izinkan untuk Anda tentukan memiliki kesalahan yang dapat diabaikan sebesar satu detik dalam tiga juta tahun, yang memungkinkan mereka untuk digunakan sebagai standar waktu di setiap sudut dunia.
Sedikit sejarah
Gagasan menggunakan getaran atom untuk pengukuran waktu yang sangat presisi pertama kali diungkapkan pada tahun 1879 oleh fisikawan Inggris William Thomson. Dalam peran sebagai emitor atom resonator, ilmuwan ini mengusulkan penggunaan hidrogen. Upaya pertama untuk menerapkan ide tersebut baru dilakukan pada tahun 1940-an. Abad ke dua puluh. Dan jam atom pertama di dunia yang berfungsimuncul pada tahun 1955 di Inggris. Pencipta mereka adalah fisikawan eksperimental Inggris Dr. Louis Essen. Jam ini bekerja berdasarkan getaran atom cesium-133, dan berkat mereka, para ilmuwan akhirnya dapat mengukur waktu dengan akurasi yang jauh lebih tinggi daripada sebelumnya. Perangkat pertama Essen memungkinkan kesalahan tidak lebih dari satu detik untuk setiap seratus tahun, tetapi kemudian akurasi pengukuran meningkat berkali-kali lipat dan kesalahan per detik hanya dapat terakumulasi dalam 2-3 ratusan juta tahun.
Jam atom: cara kerjanya
Bagaimana cara kerja "perangkat" yang cerdik ini? Sebagai generator frekuensi resonansi, jam atom menggunakan tingkat energi molekul atau atom pada tingkat kuantum. Mekanika kuantum membangun hubungan antara sistem "inti atom - elektron" dengan beberapa tingkat energi diskrit. Jika sistem seperti itu dipengaruhi oleh medan elektromagnetik dengan frekuensi yang ditentukan secara ketat, maka sistem ini akan beralih dari level rendah ke level tinggi. Proses sebaliknya juga dimungkinkan: transisi atom dari tingkat yang lebih tinggi ke tingkat yang lebih rendah, disertai dengan emisi energi. Fenomena ini dapat dikontrol dan direkam semua energi melompat dengan menciptakan sesuatu seperti rangkaian osilasi (juga disebut osilator atom). Frekuensi resonansinya akan sesuai dengan perbedaan energi antara tingkat transisi atom tetangga, dibagi dengan konstanta Planck.
Rangkaian osilasi seperti itu memiliki keunggulan yang tidak dapat disangkal dibandingkan pendahulunya secara mekanis dan astronomis. Untuk satuosilator atom seperti itu, frekuensi resonansi atom-atom zat apa pun akan sama, yang tidak dapat dikatakan tentang pendulum dan piezocrystals. Selain itu, atom tidak mengubah sifat mereka dari waktu ke waktu dan tidak aus. Oleh karena itu, jam atom adalah kronometer yang sangat akurat dan hampir abadi.
Waktu yang tepat dan teknologi modern
Jaringan telekomunikasi, komunikasi satelit, GPS, server NTP, transaksi elektronik di bursa efek, lelang online, tata cara pembelian tiket melalui Internet - semua ini dan banyak fenomena lainnya telah lama mapan dalam kehidupan kita. Tetapi jika umat manusia tidak menemukan jam atom, semua ini tidak akan terjadi. Waktu yang akurat, disinkronkan dengan yang memungkinkan Anda meminimalkan kesalahan, penundaan, dan penundaan, memungkinkan seseorang untuk memanfaatkan sumber daya tak ternilai yang tak ternilai ini, yang tidak pernah terlalu banyak.
