atomóra
(céziumos atomóra, cézium szökőkút, ammónia-óra)
Olyan időmérő berendezés, amelyben atomok, molekulákban lévő atomok rezgésszámát használják fel egy pontos frekvencia előállítására.
Az SI (System International; nemzetközi mértékegység-rendszer) az 1 másodpercet
úgy definiálja, mint a 133-as tömegszámú cézium izotóp úgynevezett hiperfinom átmeneti rezgési periódus-idejének 9.192.613.770-szeresét.
A többi atomórában is hasonló nagyságrendű frekvencia képezi az alapot, amelyet egy számlálóba vezetnek, és a másodpercet, illetve a nagyobb időegységeket ebből származtatják.
Működési elve
Az energiaelnyelésre képes atomokat egy mikrohullámú üregen áthaladva sugárzás
éri, amelynek frekvenciája (a céziumos atomóra esetén közel 9.192.613.770 Hz, amely megyegyezik a 133-as tömegszámú cézium izotóp bizonyos energiaátmenete
által elnyelt vagy kibocsátott frekvenciával.)
Az atomok egy része energiát nyel
el a mikrohullámból.
Az óra annál pontosabb, minél alacsonyabb a cézium gáz hőmérséklete.
Az Amerikai Mérésügyi Hivatalban működő NIST F1 atomórában a gáz hűtését hat
egymásra merőleges, pontosan kontrollált hullámhosszú infravörös lézernyaláb
végzi. Az ilyen, úgynevezett Doppler-elven
működő hűtés tökélyre fejlesztéséért Steven
Chu, Cohen-Tannoudji és Williams Daniel Phillips 1997-ben Nobel-díjat kapott. Meg is érdemelték,
mert a céziumgáz hőmérsékletét
az abszolút nulla fok közvetlen közelébe (egy milliomod kelvin
fokra) sikerült csökkenteni. Az így lehűtött céziumatom
gázlabdát a két függőlegesen sugárzó lézer paramétereinek változtatásával óvatosan felfelé taszítják. Ezek után a függőlegesen
sugárzó lézereket kikapcsolják,
aminek hatására az atomok,
mint egy feldobott kő, visszaesnek. (Innen a "cézium szökőkút" elnevezés.)
ammónia-óra
Az atomórának olyan formája, amelynél a kvarcoszcillátor frekvenciáját a gerjesztett ammóniamolekula vibrálása szabályozza.
Az ammónia (NH3) egy piramis alakú molekula, ahol a nitrogénatom van a csúcson és a hidrogének az alapháromszög egy-egy sarkában. A molekula gerjesztésekor a nitrogénatom minden 20,9 mikroszekundumban egyszer áthalad az alapon, és piramist hoz létre a másik oldalon. 20,9 mikorszekundummal később visszatér az eredeti helyzetébe. Ennek az előre-hátra történő vibrációnak a frekvenciája 23 870 hertz, az ammóniagáz gerjesztési energiát csak pontosan ezen a frekvencián abszorbeál. Egy kristályoszcillátorral biztosítva a gáz energiáját és egy megfelelő visszacsatolási mechanizmust alkalmazva az oszcillátor pontosan erre a frekvenciára állítható.
Léteznek más atomóra változatok is.