Aatomkell

Aatomkell ehk kvantkell on ülitäpne kell, mille talitlus põhineb ergastatud kvantsüsteemides toimuvatel väga püsiva sagedusegaelektromagnetvõnkumistel. Neid võnkumisi kiirgavad aatomid siirdumisel ühest energiaseisundist teise. Kvantsüsteemina kasutatakse peamiselt tseesiumiaatomeid. Tseesiumaatomkellade täpsuseks on saavutatud 10^‒15, millele vastab viga 1 sekund 30 miljoni aasta kohta. Tseesiumiaatomi võnkeolekute alusel on defineeritud ka SI-süsteemi ajaühik sekund.

Väljatöötamisel on veelgi suuremat täpsust võimaldavad kvantsüsteemid, milles tseesiumi asemel kasutatakse rubiidiumi- või vesinikuaatomeid, ka mõnede ainete molekule.

Niisuguse kvantsüsteemi indutseeritud (esile kutsutud) kiirguse omadusi kasutatakse kvantgeneraatoris, mis tekitab püsiva sagedusega (ja seega ühepikkuste perioodidega) elektromagnetvõnkumist. See võnkumine sünkroonib aatomkellas kvartsresonaatori takti (kvartsresonaatori enda võnkesagedus pole teatavasti kuigi stabiilne ‒ viga umbes üks sekund kuu kohta).

Rahvusvahelise aatomiaja kellad

Rahvusvaheline aatomiaeg saadakse keskmisena ajanäitudest, mis saabuvad maailma eri paigus asuvatelt aatomkelladelt. Ülitäpsed aatomiaja määramise kellad on suured paiksed seadmed, mis asuvad eritingimustele vastavas keskkonnas.

Aatomkella moodulid

Täpne ajamõõtmine on eriti tähtis satelliitnavigatsioonis, sest sellest sõltub otseselt asukoha määramise täpsus. Selleks otstarbeks on loodud kompaktsed ja energiasäästlikud aatomkellad. Näiteks 2003. aastal võeti kasutusele väike (mõnesentimeetrise küljepikkusega) ja paarivatise võimsustarbega rubiidiumaatomkell; selle viga ei ületa üht sekundit 10 000 aasta kohta, seega on see tavalisest kvartsresonaatoriga kellast üle 100 000 korra täpsem.

Väljatöötamisel on juba ka aatomkella moodulid, mida saaks kasutada kantavates nutiseadmetes. USA firma Symmetricom lasi 2011. aastal müügile tavalise mikrokiibi suuruse tseesiumkella mooduli Chip Scale Atomic Clock (CSAC),^[1] mille võimsustarve on 0,1 W.

Ajaloost

Aatomkella tööpõhimõtte töötas välja USA füüsik Isidor Isaac Rabi, kes sai selle eest 1944. aastal Nobeli füüsikaauhinna. Esimene tseesiumaatomkell sai valmis 1952. aastal.^[2] Aatomkellade mõõtetehnika täiustamist võimaldavad uuringud tõid 1989. aastal Nobeli füüsikaauhinna USA füüsikule Norman Ramseyle.

Vaata ka

Aatomiaeg

Viited

Kirjandus

Kvantkell. EE, 1990, 5. kd, lk 268.

Välislingid

[1] How Chip Scale Atomic Clocks Will Change the Future of Time

[2] A Brief History of Atomic Clocks at NIST

[1]

[2]