© A. Brookes/SPL

Atomikello käy yhä tarkemmin

Yksi sekunti 200 milljoonassa vuodessa. Näin vähän heittävät maailman tarkimmat kellot. Sekin on liikaa, ja siksi nyt on kehitetty vieläkin tarkempi atomikello.

torstai 23. elokuuta 2018 teksti Toimitus

Virallinen aika on vuodesta 1967 lähtien mitattu atomikelloilla. Atomikellon aika lasketaan värähtelystä, joka syntyy, kun atomien elektronit siirtyvät energiatasolta toiselle.

Atomikellot ovat nykyisin täsmällisimpiä ajan mittareita: tarkimmat niistä edistävät korkeintaan sekunnin 200 miljoonassa vuodessa. Se ei kuitenkaan riitä. 

Avaruudessa navigoimiseen tai fysiikan ilmiöiden tutkimiseen ja määrittämiseen tarvitaan vielä tarkempi kellonaika. 

Elektronit mittaavat aikaa

Yhdysvaltalaistutkijat ovatkin kehittäneet uudenlaisen atomikellon, joka on yli sata kertaa niin tarkka kuin nykyiset.

Nykymääritelmän mukaan sekunti on 9 192 631 770 kertaa sellaisen säteilyn jaksonaika, joka vastaa cesium-133-atomin siirtymää kahden energiatason välillä. 

Atomin energiataso vaihtuu, kun sen elektronit siirtyvät ylemmälle radalle. Atomikellossa on pieni hyvin kylmäksi jäähdytetty atomipilvi, jota pidetään paikallaan lasersäteiden avulla.

Ytterbium värähtelee tiuhempaan

Näihin atomeihin kohdistetaan mikroaaltoja, joiden taajuus sovitetaan niin, että aaltojen energia saa elektronin siirtymään energia­tasolta toiselle. 

Tuo taajuus vastaa 9 192 631 770:tä värähdystä sekunnissa. Aika on sitä tarkempi, mitä suurempi säteilyn taajuus on. Ongelmana on ollut se, että kun taajuus kasvaa, atomeja on vaikeaa pitää paikallaan laserilla.

Yhdysvaltalaistutkijoiden kellossa käytetään cesiumin sijaan ytterbiumia. Testien mukaan ytterbiumkellot käyvät yli sata kertaa niin tarkasti kuin cesiumkellot.

Lasersäde pitää jäähdytettyjen atomien pilven paikoillaan atomi- kellon tyhjiökammiossa. Aika mitataan atomien elektroneista. 

© Physikalisch-Technische Bundesanstalt

Seuraava askel

Haluatko lukea lisää fysiikasta? Kun tilaat Tieteen Kuvalehden, opastamme sinut turvallisesti fysiikan kiehtovaan maailmaan – pienimmistä alkeishiukkasista raskaimpiin mustiin aukkoihin. Kun tilaat tänään, saat lyömättömän hyvän tarjouksen:

  • Käyttöoikeuden lehtien digijulkaisuihin – voit lukea vaikka National Geographicia tai Tee Itseä
  • Vinyl Techin tyylikkäät kuulokkeet

  • Kaksi Tieteen Kuvalehteä

Saat koko paketin vain 8,90 eurolla – säästät 61 euroa!

Lue tästä

Ehkä sinua kiinnostaa...

TILAA TIETEEN KUVALEHDEN UUTISKIRJE

Voit ladata ilmaisen erikoisnumeron, Uskomattomat aivot, heti, kun olet tilannut uutiskirjeen.

Etkö löytänyt, mitä etsit? Tee haku tästä: