על פי מכניקת הקוונטים, במקרים מסוימים חומרים קולטים ופולטים אורכי גל מסויימים מאד בלבד. אם אנו נגרום לחומר מסויים לקבל אנרגיה, האנרגיה תוכל להפלט ממנו אך ורק בתדרים מסויימים. אם ננסה להעביר פוטונים דרך חומר כלשהו, אך ורק פוטונים בתדרים מסויימים מאד יתקבלו. בשעון אטומי קוצב הזמן, היא קרינה אלקטרומגנטית שנפלטת מאטום או נבלעת באטום של צסיום (בדר"כ) . קרינה אלקטרומגנטית זו נקלטת או נפלטת כאשר האלקטרונים שבאטום משנים את מצבם.
שעון אטומי מבוסס למעשה על מעברים בין רמות אנרגיה אטומיות. כידוע, רמות אנרגיה הן בדידות, כלומר מערכת יכולה לקבל מספר סופי ובדיד של רמות אנרגיה, שערכן הוא מספר שלם המוכפל בקבוע פלאנק. המעברים יוצרים אות מחזורי בעל תדירות שהשינויים בה נמוכים מאוד, וספירתה מאפשרת את קביעת הזמן החולף בדיוק גבוה מאוד.
שעון אטומי NIST-F1 של מכון התקנים האמריקאי (1999)
יש לציין שכיום ישנם שעונים אטומים שבהם אורך הגל שבו משתמשים לא נובע ממעבר בין רמות אלא משינוי ספין האלקטרון ברמה הנמוכה ביותר.
על דיוק במדידת הזמן:
כיום אנו מגדירים את יחידת השניה על פי התדר של אחד מסוגי הקרינה הנפלט מאטום הצסיום-133. לקרינה מסויימת שנפלטת, או נבלעת בצסיום-133 יש תדר של 9,192,631,770 הרץ (תנודות בשניה) בדיוק; זמני מחזור של תדר זה היא שנייה.
מדידת הזמן היא צורת המדידה הכי מדוייקת הקיימת כיום מכיוון שהיא בעלת השגיאה הקטנה ביותר יחסית לגודלה. אפילו לשעון יד פשוט יש סטיה של שניה אחת לחודש: עבור 30 יום (2,592,000 שניות) תהיה סטיה של כשניה אחת.
מידת הדיוק של שעון אטומי יכולה להיות בסדר גודל של 10 בחזקת 15. שגיאה של שניה כל 10 בחזקת 15 שניות שזה בערך כ 32 מליון שנה.
מאת: חיים ברק
המחלקה לפיזיקה של חלקיקים ואסטרופיזיקה
מכון ויצמן למדע
הערה לגולשים
אם אתם חושבים שההסברים אינם ברורים מספיק או אם יש לכם שאלות הקשורות לנושא, אתם מוזמנים לכתוב על כך בפורום. אנו נתייחס להערותיכם. הצעות לשיפור וביקורת בונה תמיד מתקבלות בברכה.
