Rellotge atòmic

De Viquipèdia
Dreceres ràpides: navegació, cerca
Rellotge atòmic comercial de cesi, utilitzat per donar el temps legal a França els anys 80, i com a referència per al rellotge parlant, exposat a l'observatori de París.

S'anomena rellotge atòmic a aquell rellotge que es basa en la freqüència d'una vibració atòmica.

El primer rellotge atòmic es va construir el 1949 per l'Oficina Nacional de Normalització dels Estats Units (NIST) aplicant una característica observada en l'estudi de les ressonàncies magnètiques moleculars i atòmiques, que van resultar ser extremadament regulars. En aquest prototip es va utilitzar l'amoníac, però no es va obtenir una precisió gaire superior a la dels rellotges de quars.[1]

Funcionament del rellotge atòmic[modifica | modifica el codi]

El rellotge mecànic depèn del pèndol per funcionar, mentre que l'atòmic treballa amb la freqüència de transicions hiperfines en els àtoms.

A l'extrem del rellotge de cesi hi ha un forn amb una placa de cesi en què s'evaporen els ions d'aquest metall. Els ions es presenten en dos estats, que depenen de l'spin de l'últim electró de cesi. Aquests estats presenten una freqüència energètica de 9.192.631.770 Hz i en cada estat diferent els ions d'aquest metall tenen propietats magnètiques diferents. Després de l'evaporació s'utilitza un imant per separar els ions i descartar-ne els de més energia. Els ions amb menys energia van a parar a la càmera.

Un radioemissor de microones omple la cavitat de la càmera de manera uniforme amb ones radioelèctriques. Quan la freqüència de l'ona radiada s'acobla amb la freqüència de la transició hiperfins del cesi, els ions de cesi absorbeixen la radiació i emeten llum. Una cèl·lula fotoelèctrica captura el moment exacte de l'emissió; aquesta cèl·lula té associada una instrumentació electrònica que el connecta amb el radioemissor i que n'ajusta la freqüència.

Finalment, connectat a aquesta electrònica, hi ha un comptador que porta el registre de vegades que el radiotransmissor ha emès una ona en la freqüència del cesi i un ordinador fa els càlculs restants fins a convertir-los en un format llegible o en una radiotransmissió d'un pols en l'espectre radioelèctric que escolten els aparells receptors. Per descomptat, el veritable rellotge és el comptador.

Per realitzar la mesura a través d'aquestes partícules és necessari crear un camp electromagnètic que no existeix de forma natural en l'Univers. El procés es realitza dins d'una trampa magneto-òptica, una esfera de la mida d'un meló en la qual s'injecten àtoms de cesi i es propaguen, tancats en un camp magnètic, sis raigs de llum làser.

De la mateixa manera que una persona disminueix el seu pas davant d'una ràfega de vent, els àtoms redueixen la seva velocitat en ser bombardejats pels làsers emesos en totes direccions. Amb aquest mètode els àtoms poden reduir la seva velocitat fins a fer-la 10 mil vegades més lenta del normal. Quan els àtoms i els làsers xoquen, es forma un núvol d'àtoms molt lents o ultrafreds.

El sistema electrònic del rellotge marca un segon quan han passat 9.192.631.770 períodes d'oscil·lació del camp elèctric.

En aquest tipus de rellotge, els àtoms de cesi emeten fotons semblants a una ona, que oscil·len com el pèndol d'un rellotge antic. Quan ha oscil·lat 9.192.631.770 vegades es considera, per decret de la Tretzena Conferència General de Pesos i Mesures de 1967, que ha transcorregut un segon atòmic.

Rellotge atòmic d'alumini[modifica | modifica el codi]

Físics del National Institute of Standards and Technology (NIST) han construït una versió millorada del rellotge atòmic experimental basat en un únic àtom d'alumini, que a febrer de 2009 és el rellotge més precís, atès que no guanya ni perd un segon en 3,7 mil milions d'anys.

Com que la definició internacional de segon està basada en l'àtom de cesi, el cesi roman el regulador del pas de temps oficial i per tant cap rellotge pot ser més acurat que el de cesi.[2]

Referències[modifica | modifica el codi]

  1. «A walk through time. The "Atomic Age" of Time Standards» (en anglès). NIST (National Institute of Standards and Technology). [Consulta: 30 d'octubre del 2011].
  2. C.-W. Chou, D.B. Hume, J.C.J. Koelemeij, D.J. Wineland, and T. Rosenband. Frequency Comparison of Two High-Accuracy Al Optical Clocks. Physical Review Letters, 2010
A Wikimedia Commons hi ha contingut multimèdia relatiu a: Rellotge atòmic Modifica l'enllaç a Wikidata