Atom saati nedir? Atom saatlerinin özellikleri nelerdir? Atom saatleri nasıl çalışır, zamanı atomla ölçmek nasıl olur, hakkında bilgi.
ATOM SAATLERİ
Atom saatleri bugüne kadar keşfedilmiş en hassas zamanölçerlerdir. En iyileri evrenin tüm ömrü boyunca 1 saniye bile zor saparlar. Bu saatler zaman algımızda devrim yaratmışlardır.
Atomların merkezinde bir çekirdek ve bu çekirdekte protonlarla nötronlar bulunur. Çekirdeğin çevresindeyse elektronlar belirli enerji düzeylerinde dönerler. Bunu her rafında bir çift elektron bulunan bir kitaplığa benzetebiliriz. En yüksek enerjili elektronlar en üstte (çekirdekten en uzakta), en düşük enerjili elektronlar en altta (çekirdeğe en yakında) bulunurlar.
Elektronlar arada sırada düzey değiştirir. İki düzey arasındaki enerji farkı belirlidir. Bu yüzden bir elektron yüksek düzeyden alçak düzeye geçtiğinde mikrodalga ışıması halinde sabit bir enerji paketi yayar. Eğer atom kararlı yapıdaysa, bu mikrodalga ışıması olağanüstü keskin bir değere sahiptir. Atom saatlerinin temelinde de bu özellik yatar. Tehlike yaratacak bir radyasyon, radyoaktiflik veya atomun nükleer fizyonla parçalara ayrılması söz konusu değildir Tüm süreç zararsızdır.
Zamanı atomla ölçmek
Lord Kelvin 1879’da zamanın elektron geçişleriyle ölçülebileceğini ortaya attıysa da 1940’lara kadar gerekli teknolojiye ulaşılamadı. İlk atom saati, ABD Ulusal Standartlar Bürosu (şimdiki NIST) tarafından 1949’da üretilen bir amonyak “maser”iydi (maser, eşevreli, yükseltilmiş mikrodalgalar üreten bir alettir). Bu alet ilkeldi ve hassasiyeti kuartz saatlerden daha düşüktü. İngiltere’de 1955’te Ulusal Fizik Laboratuar’ında yapılan saat ise amonyak yerine sezyum kullanıyordu. Bunun on milyarda birlik bir hassasiyete sahip olduğu gözlemlendi.
Atom saatleri hidrojen ve rubidyum da dahil olmak üzere başka elementlerle de yapılmıştır. Özellikle rubidyum saatleri, sezyumlulara oranla daha ucuz ve daha uzun ömürlüdür. 2000’lerin başında, NIST’teki fizikçiler cıva ve alüminyumun tek birer iyonuyla (yüklü atomuyla) çalışan kuantum saat devreleri yaptı. Bu saatlerin bir milyar yılda bir saniye hata payı olduğu söyleniyor ki bu şimdiye kadar yapılmış en hassas saatler oldukları anlamına gelir. Gelecekte genel tüketiciye yönelik küçük atom saatleri üretilebilirse atomik kol saatlerimiz olabilir.
Standardı belirlemek
Koordine evrensel saat, dünyanın 49 farklı yerindeki 260 atom saatinin ortalamasına göre belirlenir. ABD standart saati, ABD Donanma Gözlemevi ve Hidrografik Ofisi’ne (USNO), o ise 33 bağımsız sezyum saatine ve bir düzine hidrojen ana saate göre belirlenir.
Evlerimizde kullandığımız radyo-kontrollü saatlerin kendileri atom saati olmasa da radyo dalgalarıyla aldıkları sinyaller atom saatlerinden gelir. Düzgün çalışan radyo saatleri zamanı asla 1 saniyeden daha fazla şaşırmazlar.
Saniyenin tanımı 1955’ten beri DÜNYA’NIN DÖNÜŞÜNE göre değil, sezyum atomuna göre yapılır.
YENİ SANİYE
İngiltere’deki Ulusal Fizik Laboratuarı’nın 1955’te yaptığı atom saati, saniyenin yeniden tanımlanmasına yol açtı. 0 tarihten önce saniye Güneş’e göre belirleniyordu. Güneş Dünya çevresinde 24 saatte dolanır. Her saatte 60 dakika, her dakikada 60 saniye vardır. Dolayısıyla bir günde 24x60x60 = 86.400 saniye vardır. Fakat aslında her günün uzunluğu aynı olmadığından, ortalama uzunluğa “ortalama güneş günü” denir. Saniye ise ortalama güneş gününün 86.400’de biri olarak tanımlanır. 1955’ten beri saniye, sezyum-133 atomunun temel enerji durumundan iki hiper-ince düzey arasındaki geçişine karşılık gelen ışımanın 9.192.631.770 periyotluk süresidir. Bu değişikliğin nedeni, sezyum atomunun geçişlerinin Dünya’nın dönüşünden çok daha düzenli olması ve bilimcilerin kullandıkları birimlere, zamana ve konuma göre değişmeyen tanımlar getirme isteğidir.