Atoomklokken zijn de meest nauwkeurige tijdwaarnemingsapparaten ooit gemaakt. Ze werken door de natuurlijke trillingen van atomen te meten, die ongelooflijk stabiel en consistent zijn. Het meest voorkomende type atoomklok maakt gebruik van de trillingen van cesiumatomen, die worden afgekoeld tot temperaturen dichtbij het absolute nulpunt en vervolgens worden gemanipuleerd met behulp van microgolven.

Hier is een vereenvoudigde uitleg van hoe atoomklokken werken:

Cesiumatomen en microgolven:

1. Selectie van cesiumatomen: Er wordt een straal cesiumatomen geproduceerd en door een reeks magneten gestuurd die atomen met een specifiek energieniveau selecteren.

2. Magnetronholte: De geselecteerde cesiumatomen komen een nauwkeurig ontworpen microgolfholte binnen, gevuld met microgolfstraling.

3. Microgolffrequentie: De frequentie van de microgolven ligt zeer dicht bij de natuurlijke resonantiefrequentie van cesiumatomen (ongeveer 9,2 miljard cycli per seconde).

Resonantie en atomaire transities:

4. Resonantie-absorptie: Wanneer de frequentie van de microgolven overeenkomt met de natuurlijke resonantiefrequentie van cesiumatomen, absorbeert een aanzienlijk aantal atomen de microgolfenergie.

5. Atomische transitie: Deze absorptie van energie zorgt ervoor dat de cesiumatomen een specifieke overgang ondergaan tussen twee energieniveaus.

Detectie- en meettijd:

6. Detectie: Nadat ze door de microgolfholte zijn gegaan, worden de cesiumatomen gedetecteerd met behulp van een detector die onderscheid kan maken tussen aangeslagen atomen (hogere energie) en niet-aangeslagen atomen (lagere energie).

7. Meettijd: Het aantal cesiumatomen dat de specifieke overgang (resonantie) ondergaat, wordt nauwkeurig geteld en gerelateerd aan de nauwkeurig bekende microgolffrequentie. Deze frequentie wordt de referentie voor het bijhouden van de tijd.

In de praktijk bestaan ​​atoomklokken uit geavanceerde elektronica en lasers om de verschillende parameters die bij het proces betrokken zijn, te stabiliseren, controleren en nauwkeurig te meten. De stabiliteit en nauwkeurigheid van atoomklokken hebben zeer geavanceerde gebieden zoals navigatie, communicatie, satellietpositionering, wetenschappelijk onderzoek en vele andere toepassingen die nauwkeurige tijdregistratie vereisen.