سرگذشت ساخت ساعتهای اتمی
ساعت وسیله‌ای است که برای اندازه گیری و تعیین زمان از آن استفاده می‌شود.این وسیله از قدیمی‌ترین اختراعات انسانی به شمار می رود.ساعت اتمی ساعتی‌ست که برای نشان دادن زمان از رزونانس استاندارد اتمی خاص استفاده می‌شود.
این ساعت‌ها دقیق‌ترین ساعتهای جهان به شمار می‌روند و به عنوان استانداردهای اولیه برای سرویس جهانی پخش زمان (Time Distribution Service)، برای کنترل فرکانس پخش برنامه‌های تلویزیونی و سیستم‌های موقعیت موقعیت یاب جهانی همانند جی پی اس (GPS) به کار می روند. ساعتهای اتمی از پرتو افشانی (رادیو اکتیویته) استفاده نمی کنند، بلکه از سیگنال‌های دقیق مایکروویو استفاده می‌کنند. سیگنال‌های مذکور هنگامی تولید می شوند که الکترون‌ها در اتم‌ها سطح انرژی خود را دگرگون می کنند و نور منتشر می شود. در ادامه به تایم‌لاین ساخت این ساعت‌ها نگاه می‌کنیم.
سال 1945
Isidor Rabi استاد فیزیک دانشگاه کلمبیا، ساخت ساعتی بر مبنای تکنولوژی که در دهه 30 میلادی توسعه داده شده بود، پیشنهاد داد. در ساعت پیشنهادی وی بر پایه رزونانس مغناطیسی پرتو اتمی بود.
سال 1949
پس از ایده Isidor Rabi، مرکز استانداردهای ملی با نام NIST (National Institute of Standards and Technology ) اولین ساعت اتمی دنیا را بر پایه نظریه وی ساخت. در این ساعت اتمی از مولکول آمونیاک به عنوان منبع ارتعاش استفاده می شد.سال 1952
NIST ساعت اتمی دیگری را به عنوان استاندارد زمان معرفی کرد. در این ساعت از اتم سزیم به عنوان منبع ارتعاش استفاده می شد. این ساعت اتمی سزیمی NBS-1 نام گرفت.سال 1954
ساعت NBS-1 به آزمایش جدید NIST در Boulder, Colo منتقل شد.
سال 1955
آزمایشگاه ملی فیزیک انگلستان اولین ساعت اتمی پرتویی دنیا را که از سزیم به عنوان منبع کالیبراسیون استفاده می‌کرد، ساخت.سال 1958
ساعت های اتمی سزیمی در دنیا تجاری شدند. مبلغ هر کدام از آن ها معادل 20 هزار دلار بود.
سال 1960
ساعت NBS-2 ساخته شد. این ساعت برای دوره های طولانی تری کار می کرد و می توانست به عنوان منبع کالیبره کردن ثانویه مورد استفاده قرار بگیرد.
سال 1963
تحقیق و جستجو برای ساخت ساعتی دقیق تر و اصلاح شده با نام NBS-3.سال 1968
NBS-4 پایدار ترین ساعت اتمی سزیمی جهان بود. این ساعت تا دهه 90 میلادی به عنوان بخشی از سیستم زمانی در NIST استفاده می شد.
سال 1972
ساعت NBS-5 ساخته شد. نسخه‌ی پیشرفته تری نسبت به نمونه‌های قبلی بود.سال 1975
ساخت ساعت های اتمی همچنان ادامه دارد. NBS-6 پا به عرصه گذاشت. این ساعت یکی از دقیق ترین ساعت های جهان است که در هر 300 هزار سال نه یک ثانیه جلو می افتد و نه یک ثانیه عقب.
سال 1989
جایزه نوبل فیزیک به سه محقق برجسته تعلق می گیرد. Norman Ramsey از دانشگاه هاردوارد آمریکا، Hans Dehmelt از دانشگاه واشنگتن آمریکا و Wolfgang Paul از دانشگاه بن. جایزه نوبل فیزیک به دلیل تحقیقات موثر این سه پژوهشگر در زمینه طراحی، ساخت و پیش رفت دادن ساعت های اتمی داده شد.سال 1993
NIST-7 وارد میدان می شود. این ساعت 20 بار بیشتر از ساعت NBS-6 دقیق بود.
سال 1999
NIST-F1. دقیق ترین ساعت اتمی جهان ساخته شد. دقت و صحت این ساعت به قدری‌ست که در هر 20 میلیون سال یک بار دچار خطای یک ثانیه ای می شود.در پایان جالب است بدانید ایده ساخت ساعت های اتمی برای اولین بار توسط لرد کلوین در سال 1879 میلادی مطرح شد. وی معتقد بود برای اندازه گیری فاصله های زمانی، اتم از همه چیز کار آمد تر است.
اما در زمان کلوین هنوز ساختار اتم و ترازهای انرژی آن طور که در دهه بعدی مطرح شد، شناخته شده نبود. پس از پیشرفت مکانیک کوانتوم و پذیرش تراز های انرژی توسط فیزیکدانان، کم کم اندیشه ساخت ساعت اتمی زنده شد.
ساخت اولین ساعت اتمی جهان را به لویی اسن انگلیسی در سال 1955 نسبت می دهند. وی حفره منبع اتم سزیم را تا 90 درجه سلسیون گرم کرد، در اثر این گرما اتم های سیزم بر انگیخته شدند، تابش کردند و دوباره به ترازهای قبلی باز گشتند. در این فرآیند انواع فرکانس های مختلف مربوط به تابش های مختلف وجود دارد و به استفاده از تمام این فرکانس ها برای ساعت قابل استفاده نیست. ولی به عنوان مثال اگر با روشی بتوان فقط فرکانس تابش تراز 4 به 3 را به دست آورد، آن وقت می توانیم واحدی وابسته به عناصر طبیعی برای زمان و طول بدست بیاوریم.
فاطمه مجدآبادی
بخش دانش و زندگی تبیان
منبع:Inventor
