Cel mai precis ceas din lume pierde o secundă la 138 de milioane de ani: cum funcţionează?

Un ceas atomic proiectat de Institutul Naţional de Fizică al Marii Britanii este cel mai precis din lume.

Ceasul greşeşte cu o secundă la aproximativ 138 de milioane de ani.

Standardul în măsurarea timpului este dat astăzi de ceasul atomic ce foloseşte atomi de cesiu. O secundă este definită ca reprezentând timpul necesar unui atom de cesiu-133 să oscileze de 9.192.631.770 ori.

Cum funcţionează ceasul atomic

O secundă se calculează prin adunarea şi blocarea ca într-o cuşcă a câtorva sute de milioane de atomi de cesiu şi bombardarea lor cu unde electromagnetice. Mulţi dintre atomi trec dintr-o stare energetică în alta, pentru că electronii de pe cel mai înalt nivel energetic primesc exact cantitatea de energie necesară pentru a-şi schimba starea.

La celălalt capăt al dispozitivului se găseşte un magnet care separă atomii care şi-au schimbat starea de cei care au rămas neafectaţi. Cantitatea de atomi care au "asimilat" radiaţie electromagnetică este evaluată continuu de către un detector, într-o cameră specială. Pentru a converti frecvenţa de oscilaţie în impulsuri electrice la interval de exact o secundă se foloseşte un circuit de tip numărător electronic. O secundă reprezintă, astfel, 9.192.631.770 de perioade de oscilatie.

Mai există un ceas atomic, pe bază de stronţiu, numit ceas atomic optic, pentru că foloseşte lumina pentru a bombarda atomii de stronţiu.

Ceasul fountain

Ceasul atomic din Marea Britanie este numit cesium fountain pentru că foloseşte laserii în locul magneţilor. Iniţial, atomii de cesiu sunt încetiniţi până aproape de starea de repaus folosind laseri. Aproximativ 10 milioane de atomi sunt colectaţi într-un câmp magnetic, unde sunt separaţi în funcţie de nivelul energetic. Câmpul magnetic este apoi dezactivat, iar laserii împing norul de atomi în sus, într-o mişcare asemănătoare fântânii arteziene. Aceştia urcă şi coboară uşor sub influenţa gravitaţiei, trecând astfel printr-o zonă cu unde radio, ca într-un ceas atomic clasic. Sunt număraţi cei care şi-au schimbat nivelul energetic cu ajutorul altui laser, realizându-se astfel mecanismul de reglare a oscilatorului cu cuarţ.

Schema ceasului din Anglia:

Primele ceasuri atomice

Primul ceas atomic a fost construit în 1949, în Statele Unite ale Americii, la Biroul Naţional de Standarde, dar nu a atins performanţe deosebite. Louis Essen a început să îmbunătăţească design-ul original. În 1959 apare Caesium II. Aceste modificări au mărit precizia până la o secundă la 2.000 de ani. Tehnologia a continuat să progreseze. În 1964, modelul HP5060A ridică gradul de precizie la o secundă la 6.000 de ani. În 1993, Institutul Naţional de Standarde şi Tehnologie (NIST) din SUA construieşte NIST-7, un ceas atomic cu cesiu care folosea laseri în locul magneţilor pentru a separa atomii înainte şi după trecerea prin tubul în care sunt bombardaţi cu unde radio. Precizia: o secundă la 800.000 de ani.

Începând cu 1967, secunda a fost redefinită pe baza proprietăţilor atomului de cesiu. De atunci, secunda este durata egală cu 9.192.631.770 perioade ale radiaţiei care corespunde tranziţiei între cele două niveluri ale stării fundamentale a atomului de cesiu 133.

Standarde de timp

1. Timpul terestru (TT), timpul perceput de un observator aflat pe suprafaţa geoidului terestru.

2. Timpul atomic internaţional (TAI), realizat prin corelarea unor ceasuri atomice. Aproximativ 350 de ceasuri atomice din intreaga lume, cu cesiu in marea lor majoritate, centralizeaza datele in vederea realizarii scarii TAI.

3. Timpul universal coordonat (UTC), definit pe baza TAI, dar cu o regrupare diferită a secundelor în minute pentru a-l menține în sincronism cu rotația Pământului. Este Timpul Universal al rotatiei Pamantului coordonat cu Timpul Atomic International. Spre deosebire de TAI, UTC numara secundele intregi, iar atunci cand diferenta dintre TU si TAI atinge 0,9 secunde, este adaugata sau scazuta o secunda

4. Timpul universal, definit ca timpul civil al Observatorului din Greenwitch. UT corespunde ritmului vietii pe Pamant.