I denna artikel diskuteras utvecklingen av atomklockor, varför noggrannhet är så viktig, hur de utvecklades och nästa generation atomklockor som erbjuder ökad noggrannhet.

Atomklockor har varit hos oss i över femtio år nu och de flesta har hört talas om dem och vet att de är mycket exakta, men hur exakta är de och varför behöver vi sådana korrekta klockor?

Atomklockor används av många av oss även om vi inte är medvetna om det. Den tid de berättar omlevereras runt om i världen och tas upp av tidsservrar som använder protokollet NTP för att synkronisera nätverk, de är viktiga för massor av tekniker, såsom global satellitnavigering och tv-signaltider.

Före atomklockans utveckling var de mest exakta timekeeping-enheterna elektroniska klockor som skulle förlora en sekund eller två varje vecka. Dessa hade till stor del ersatt mekaniska klockor som var mindre noggranna än.

Mänskligheten har alltid haft en fascination för att hålla koll på tiden, men att veta den exakta tiden har aldrig varit för viktig. En sekund eller till och med en minuts skillnad påverkar inte våra dagliga liv.

Men eftersom tekniken har avancerat har behovet av mer exakt timekeeping ökat. Satelliter som måste navigeras och kommunicera med jorden från hundra tusentals och till och med miljontals mil bort kräver exakt timing. Lätt och därför kan radiovågor röra 300,000 km varje sekund, så små felaktigheter i tid kan få stora skillnader.

Den första exakta klockan byggdes på Storbritanniens nationella fysiska laboratorium i 1955 av Dr Louis Essen, som baserade sin klocka runt oscillationen av cesium-133-atomen. Tanken var egentligen först uppfattad så långt tillbaka som 1879 när Lord Kelvin föreslog att tidsförhållande baserat på hur atomer uppförde skulle vara ett bättre sätt att räkna tidsintervaller än någonting annat.

Den första generationen av atomklockor (även känd som cesiumoscillatorer) använde frekvensen av denna atom som oscillerar 9,192,631,770 gånger varje sekund. Essens modell var noggrann till en sekund varje 300-år men utvecklingen av cesiumoscillatorn innebär att de nu kan uppnå noggrannhet på en sekund varje 80-miljonår.

Men som tekniker blir mer avancerade strävar forskarna efter att göra bättre och mer exakta klockor. Rubidium-standardklockor erbjuder ingen bättre noggrannhet än cesium-modeller, men är mindre och kostar mindre (cesiumoscillatorer finns i allmänhet endast i storskaliga fysiklaboratorier).

Klockor som använder en enda atom har utvecklats som erbjuder ännu mer noggrannhet. En klocka baserad på en enda kvicksilveratom har uppnått noggrannhet i en sekund i 400 miljoner år och det förväntas att en ny typ av strontiumklocka som använder ljus kommer att bli ännu bättre.

Framtiden för atomur är ständigt ökad noggrannhet kombinerad med att skala ned storleken och kostnaden för dem. Det amerikanska nationella institutet för standarder och teknik (NIST) har avslöjat en atomklocka i chipstorlek som har en noggrannhet i millisekunder.

Atomklockor är nu en del av våra liv utan de tidssignaler som de överför till världen som tas upp av NTP-servrar. Modern kommunikation från Internet-shopping och GPS och tekniska framsteg som satellitnavigering blir omöjliga.

Det här inlägget skrevs av Richard N Williams

Richard N Williams är en teknisk författare och en specialist i NTP-server och tid Synkronisering industrin. Richard N Williams på Google+