ساعة ذرية

الساعة الذرية Atomic clock جهاز لقياس فترات الوقت (الزمن) بقياس ترددات الموجات الكهرومغنطيسية التي تطلقها أو تمتصها الذرات أو الجزيئات. وتعمل هذه الساعات الذرية بترددات منتظمة جدًا، ولا يزيد تفاوت تقدم أو تأخر هذه الساعات على ثانية في كُلِّ مليون سنة. والساعات الآلية تتأثَّر بالعديد من الأشياء مثل التغيرات في درجات الحرارة، والتآكل في بعض أجزائها.

Atomic clock
FOCS 1, a continuous cold caesium fountain atomic clock in Switzerland, started operating in 2004 at an uncertainty of one second in 30 million years
التصنيف	Clock
الصناعة	Telecommunications, Science
التطبيق	GPS
مصدر الوقود	Electricity
الطاقة	Yes
المخترع	US National Bureau of Standards
تاريخ الاختراع	1949

The master atomic clock ensemble at the U.S. Naval Observatory in Washington D.C., which provides the time standard for the U.S. Department of Defense. The rack mounted units in the background are HP 5071A caesium beam clocks. The black units in the foreground are Sigma-Tau MHM-2010 hydrogen maser standards.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

 تعريف

هي أحد أنواع الساعات التي تعتمد تردد الرنين الذري لضبط الوقت. تعتبر الساعات الذرية ادق ساعات توقيت حتى الآن حيث يصل مقدار الخطأ ثانية كل 3 ملايين سنة تقريبا وفقا للإحصائيات الحديثة، الامر الذي جعل منها معيارا للتوقيت العالمي.

 مفاهيم

مضخم إشارات هيدروجيني يستعمل في الساعة الذرية.

تعتمد فكرة عمل الساعات الذرية على الاشعاع الراديوي ضمن نطاق الميكرويف للذرات وليس كما يعتقد البعض على النشاط الاشعاعي. تنجم هذه الإشارات الراديوية عن تغير مستويات الطاقة في الذرة وبالتحديد عند انتقال الالكترونات من مستوى أعلى إلى مستوى ادنى. يعتبر عنصر السيزيوم من أوائل العناصر التي استعملت في الساعات الذرية حين تم الاتفاق على تعريف الثانية عام 1967 على انها الفترة اللازمة لـ9,192,631,770 ذبذبة كاملة (دورة) من الاشعاع الذي يقابل انتقال الالكترونات بين مستويين من الطاقة في ذرة السيزيوم-133. مع ان هذا التعريف قد تم الاستعاضة عنه بالتعريف الضوئي للثانية بسبب النظرية النسبية إلا أن التعريف التقليدي لا زال صحيحا كون القياسات مستخدمة في اطار المجموعة الشمسية (نفس الإطار مرجعي).

Chip-scale atomic clock unveiled by NIST

يمكن فهم الجزء المبسط في عمل الساعة الذرية كما يلي: تحتوي الساعة الذرية على فجوة معدنية تتناسب مع موجات الميكروويف, بها غاز. هذه الفجوة قابلة للضبط بدقة عالية بحيث تتناسب مع اضخم إشارة تردد ناشئة داخل الفجوة ويبدأ الرنين المتذبذب بالنمو. تستغرق هذه العملية بعض الوقت حتى تستقر عملية الرنين الترددي وتصبح الساعة الذرية جاهزة للعمل على الدوام.

في الواقع هناك تعقيدات كثيرة في تصميم دوائر التحكم في الساعة الذرية ومالشرح السابق الا تلميح بسيط لمبدأ العمل.

أشهر أنواع الساعة الذرية هي ساعة السيزيوم, ساعة الروبيديوم وهي اقل دقة من ساعة السيزيوم ولكن بالمقابل ارخص بكثير. تصل قيمة الساعة الذرية المصممة بالسيزيوم إلى آلاف الدولارات بينما يمكن للساعة الذرية المصممة من الروبيديوم ان تتوفر للشركات بمبالغ تصل إلى 200 دولار اميريكي. تطورت دقة الساعة الذرية منذ الستينات حتى اليوم, كانت الدقة حوالي 10-9 (خطأ ثانية كل 300 سنة) حتى أصبحت 10-14 (خطأ ثانية كل 3 ملايين سنة)مع بداية الالفية الثانية. أما الاحجام فما زالت كبيرة نوعا ما حيث ان اصغر الاحجام الممكنة حوالي (10سم×10سم×10سم). من ناحية أخرى, تستهلك هذه الساعات قدرة لاتتجاوز المائة ميلي وات.

 دقة الساعة الذرية

في المتوسط تبلغ دقة الساعة الذرية بحدود 1 نانو ثانية في اليوم أي ما يعادل خطأ مقداره ثانية كل 2.7 مليون سنة.

في سويسرا، بدأت الساعة الذرية FOCS 1 والمصنوعة من السيزميوم المبرد باستمرار عملها رسميا عام 2004 و يقدر مقدار الخطأ بحدود ثانية واحدة كل 30 مليون سنة.

 تطبيقات

تستعمل الساعة الذرية في الكثير من خوادم الوقت Time Servers وهي نوعان, الأول به ساعة ذرية مستقلة (باهظة الثمن) بينما الأخير يستطيع اعادة ضبط الوقت عبر اقمار الجي بي اس الصناعية GPS. كما أنها تستعمل في التطبيقات التي تتطلب مقاييس زمنية غاية في الدقة مثل اقمار تحديد الاحذاثيات GPS, الاتصالات السلكية واللاسلكية والشبكات الضوئية.

والذرات والجزيئات المستخدمة في الساعات الذرية تضم ذرَّات السيزيوم والهيدروجين وجزيء غاز الأمونيا. تتحكم الساعات الذرية في إشارات الوقت المرسلة إلى العالم من مختبرات وطنية. وفي عام 1958م تبنّى العلماء معدل ترددات ساعة ذرية مقياسًا لتعريف وحدات الوقت.

 أنظر أيضاً

	بوابة Time
	بوابة Electronics

• Atomichron
• Atomic fountain
• Optical Clockwork
• International Atomic Time
• Magneto-optical trap
• Network Time Protocol
• NIST-F1
• Primary Atomic Reference Clock in Space
• Sense of time
• Télé Distribution Française
• Quantum Clock

 المصادر

• الموسوعة المعرفية الشاملة
• ويكيبيديا العربية

 وصلات خارجية

• What is a Cesium atom clock?
• National Research Council of Canada: Optical frequency standard based on a single trapped ion
• United States Naval Observatory Time Service Department
• PTB Braunschweig, Germany - with link in English language
• National Physical Laboratory (UK) time website
• NIST Internet Time Service (ITS): Set Your Computer Clock Via the Internet
• NIST press release about chip-scaled atomic clock
• NIST website
• Web pages on atomic clocks by The Science Museum (London)
• Optical Atomic Clock BBC, 2005
• Optical lattice clock; Journal of the Physical Society of Japan
• The atomic fountain
• See, for example, Optical frequency comb for dimensional metrology, atomic and molecular spectroscopy, and precise time keeping.