Năm ngoái, 2012, đã bốn mươi lăm năm kể từ khi nhân loại quyết định sử dụng phương pháp hiện hành nguyên tử để đo thời gian một cách chính xác nhất có thể. Năm 1967, trong hệ SI quốc tế, phạm trù thời gian không còn được xác định bằng thang đo thiên văn nữa - chúng được thay thế bằng tiêu chuẩn tần số xêzi. Chính ông đã nhận được cái tên phổ biến hiện nay - đồng hồ nguyên tử. Thời gian chính xác mà chúng cho phép bạn xác định có sai số không đáng kể là một giây trong ba triệu năm, cho phép chúng được sử dụng làm tiêu chuẩn thời gian ở bất kỳ nơi nào trên thế giới.
Một chút lịch sử
Ý tưởng sử dụng dao động nguyên tử để đo thời gian siêu chính xác lần đầu tiên được thể hiện vào năm 1879 bởi nhà vật lý người Anh William Thomson. Trong vai trò phát ra các nguyên tử cộng hưởng, nhà khoa học này đã đề xuất việc sử dụng hydro. Những nỗ lực đầu tiên để đưa ý tưởng vào thực tế chỉ được thực hiện vào những năm 1940. thế kỷ XX. Và chiếc đồng hồ nguyên tử hoạt động đầu tiên trên thế giớixuất hiện vào năm 1955 tại Anh. Người tạo ra chúng là nhà vật lý thực nghiệm người Anh, Tiến sĩ Louis Essen. Chiếc đồng hồ này hoạt động dựa trên sự dao động của các nguyên tử cesium-133, và nhờ chúng, các nhà khoa học cuối cùng đã có thể đo thời gian với độ chính xác cao hơn nhiều so với trước đây. Thiết bị đầu tiên của Essen cho phép sai số không quá một giây trong mỗi trăm năm, nhưng sau đó độ chính xác của các phép đo tăng lên nhiều lần và sai số trên giây chỉ có thể tích lũy trong 2-3 hàng trăm triệu năm.
Đồng hồ nguyên tử: cách chúng hoạt động
Làm thế nào để "thiết bị" tài tình này hoạt động? Là một máy phát tần số cộng hưởng, đồng hồ nguyên tử sử dụng mức năng lượng của phân tử hoặc nguyên tử ở mức lượng tử. Cơ học lượng tử thiết lập mối liên hệ giữa hệ thống "hạt nhân nguyên tử - các electron" với một số mức năng lượng rời rạc. Nếu một hệ thống như vậy bị ảnh hưởng bởi một trường điện từ có tần số xác định nghiêm ngặt, thì hệ thống này sẽ đi từ mức thấp đến mức cao. Quá trình ngược lại cũng có thể xảy ra: sự chuyển đổi nguyên tử từ mức cao hơn xuống mức thấp hơn, kèm theo sự phát ra năng lượng. Những hiện tượng này có thể được kiểm soát và ghi lại tất cả các bước nhảy năng lượng bằng cách tạo ra một cái gì đó giống như một mạch dao động (nó còn được gọi là dao động nguyên tử). Tần số cộng hưởng của nó sẽ tương ứng với sự chênh lệch năng lượng giữa các mức chuyển tiếp nguyên tử lân cận, chia cho hằng số Planck.
Một mạch dao động như vậy có những ưu điểm không thể phủ nhận so với những người tiền nhiệm về cơ học và thiên văn của nó. Cho mộtmột dao động nguyên tử như vậy, tần số cộng hưởng của các nguyên tử của bất kỳ chất nào cũng sẽ giống nhau, điều này không thể nói về con lắc và quả tinh thể. Ngoài ra, nguyên tử không thay đổi tính chất của chúng theo thời gian và không bị hao mòn. Do đó, đồng hồ nguyên tử là một máy đo thời gian cực kỳ chính xác và gần như vĩnh cửu.
Chính xác về thời gian và công nghệ hiện đại
Mạng viễn thông, thông tin liên lạc vệ tinh, GPS, máy chủ NTP, giao dịch điện tử trên sàn chứng khoán, đấu giá trực tuyến, thủ tục mua vé qua Internet - tất cả những hiện tượng này và nhiều hiện tượng khác từ lâu đã được hình thành trong cuộc sống của chúng ta. Nhưng nếu nhân loại không phát minh ra đồng hồ nguyên tử, thì tất cả những điều này đơn giản sẽ không xảy ra. Thời gian chính xác, được đồng bộ hóa cho phép bạn giảm thiểu mọi sai sót, sự chậm trễ và chậm trễ, cho phép một người tận dụng tối đa nguồn tài nguyên vô giá không thể thay thế này, không bao giờ là quá nhiều.
