Jaka jest podstawowa jednostka czasu? Wielu z nas, bez zastanowienia odpowie automatycznie: doba, a właściwie sekunda wynikająca z podziału doby na mniejsze części, czyli 1/60-ta część 1/60-tej części 1/24-tej części doby! Taka odpowiedź byłaby uznana za prawidłową, aż do połowy XX w. Jednak naukowcy mieli problem z precyzyjnym obliczaniem czasu, ponieważ długość doby się zmienia. Jak wiemy, Ziemia porusza się po elipsie, co sprawia, że szybkość obrotu wokół własnej osi jest różna. Wpływ ma tu też Księżyc. Badacze radzili sobie z tym wyliczając średnią dobę słoneczną. Jest to średnia wartość czasu trwania jednego obrotu Ziemi wokół własnej osi, wyznaczona z długości roku zwrotnikowego, czyli okresu obiegu Ziemi dookoła Słońca. Jednak w pewnym momencie zobaczono, że zegary kwarcowe i później powstałe- atomowe są znacznie dokładniejsze, dlatego Generalna Konferencja Miar postanowiła utworzyć nową definicję jednostki czasu, jaką stała się sekunda atomowa. Od roku 1967 do pomiaru czasu używane są zegary atomowe. Jedna sekunda jest definiowana jako czas równy 9 192 631 770 okresom promieniowania atomu cezu-133. Precyzja fontanny cezowej robi wrażenie. Taki zegar mógłby się pomylić zaledwie o 1 sekundę po 150 milionach lat.
Powyższa historia pokazuje, jak zegar atomowy, tworzący grupowo międzynarodowy czas atomowy, który jest precyzyjnym standardem czasu związanym z pomiarami opartymi na właściwościach atomów, stał się źródłem podstawowej jednostki czasu.
Polska wchodzi do pierwszej ligi
W Polsce 1 marca 2015 r. ponad 7 milionów złotych zostało przeznaczone na finansowanie w latach 2015-2017 projektu „Polski zegar atomowy – fontanna cezowa”. Dotacja na budowę najdokładniejszej realizacji sekundy SI w postaci fontanny cezowej otrzymało Laboratorium Czasu i Częstotliwości w Obserwatorium Astrogeodynamicznym CBK PAN w Borówcu.
W grudniu 2016 w Obserwatorium Astrogeodynamicznym CBK PAN w Borówcu pod Poznaniem miała miejsce inauguracja polskiego urządzenia do mierzenia czasu – fontanny cezowej. Tym samym Polska dołączyła do elitarnego grona państw, w których pracują najdokładniejsze na świecie zegary atomowe.
Ten zegar był budowany, z udziałem polskich naukowców, w Narodowym Laboratorium Fizycznym NPL (National Physical Laboratory) w Teddington pod Londynem.
Zbudowana w ramach tego samego projektu druga fontanna cezowa CBK PAN pojawiła się w Polsce w 2017 roku, przeznaczona jest docelowo do pracy na rzecz Głównego Urzędu Miar.
Z kolei inny zegar atomowy pojawił się w Polsce, w 2021 roku w warszawskiej siedzibie Głównego Urzędu Miar przy Elektoralnej 2. To Główny Urząd Miar jest instytucją odpowiedzialną za metrologię w Polsce, w tym za utrzymanie czasu atomowego. GUM posiada zegary atomowe o wysokiej precyzji, które są synchronizowane z międzynarodowym czasem atomowym. Zegar atomowy GUM pełni kluczową rolę w utrzymaniu dokładnego czasu w Polsce.
Nowy zegar atomowy to aktywny maser wodorowy (z automatycznym dostrajaniem – autotuningiem wnęki rezonansowej) z opcją „Low Noise”, zakupiony w ramach projektu e-CzasPL. Od tego czasu kadra projektu przeprowadziła szereg procedur, związanych z: instalacją i uruchomieniem nowego zegara w specjalnie przystosowanym do tego celu pomieszczeniu, w którym są utrzymywane bardzo stabilne warunki środowiskowe (temperatura, wilgotność, tłumienie drgań mechanicznych), włączeniem w istniejące systemy pomiarowe, monitorowaniem parametrów jego pracy, analizą stabilności generowanych sygnałów i oceną jego dryftu częstotliwości.
Doktor Albin Czubla, kierownik Laboratorium Czasu i Częstotliwości w Głównym Urzędzie Miar, mówi, że jednym z zadań jego jednostki będą prace przy redefinicji sekundy. W Kielcach w nowoczesnym Laboratorium („Świętokrzyski Kampus Laboratoryjny GUM), które będzie gotowe w 2024 roku docelowo będzie działał optyczny zegar atomowy. Najpierw jednak zostanie uruchomiona fontanna cezowa.
Warto zauważyć, że zegary atomowe w Polsce są częścią globalnej sieci zegarów atomowych, które są wzajemnie synchronizowane, aby zapewnić jednolity standard czasu na całym świecie
Jaką rolę dla społeczeństwa pełnią zegary atomowe?
,,Podnoszą bezpieczeństwo i komfort życia, zapewniają konkurencyjność gospodarce i uczciwość w handlu, zapewniają powtarzalność, wymagane parametry i jakość produktów, dają zaufanie do wyników pomiarów realizowanych wokół nas, a także prowadzą do rozwoju różnorodnych technologii pomiarowych, w tym technologii optycznych. Za pomocą urządzeń opartych na optyce coraz częściej analizujemy wiele różnych wielkości fizycznych. Na przykład temperatury ciała już prawie nie mierzy się dotykowo, zamiast tego używamy czujników podczerwieni. Dzięki temu pomiar jest bardzo szybki i wystarczająco dokładny” – mówi Albin Czubla z Głównego Urzędu Miar.
Rozwój optycznych technologii pomiarowych w Polsce otwiera szeroki wachlarz prowadzenia badań oraz nawiązania porozumienia z przedsiębiorcami, zainteresowanymi tego typu rozwiązaniami, na przykład rozwojem i produkcją odpowiedniego sprzętu pomiarowego.
Jednym słowem, zegary atomowe to nasza przyszłość.
Tekst powstał w oparciu o źródła:
https://radiokielce.pl/246094/atomowy-wzorzec-i-optyczna-miara-fontanna-cezowa-na-telegrafie-131486/
https://space24.pl/najdokladniejszy-zegar-atomowy-uruchomiono-w-borowcu
Projekt współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego, Program Operacyjny Wiedza Edukacja Rozwój 2014-2020 "PL2022 - Zintegrowany Program Rozwoju Politechniki Lubelskiej" POWR.03.05.00-00-Z036/17