ساعت جدید اتمی

اخیرا موسسه استاندارد و فناوری ايالات متحده (NIST) یک ساعت اتمی‌جدید با نام NIST-F2 را در کنار ساعت اتمی ‌کنونی NIST-F1  ارائه کرده است. 
ساعت اف2 در عرض 300 میلیون سال فقط یک ثانیه عقب یا جلو می‌رود که این موضوع دقت آن را سه برابر بیشتر از ساعت اف1 می‌کند که از سال 1999 مشغول به کار است. در این دو ساعت اتمی ‌برای اطمینان از زمان دقیق ثانیه از اتم‌های سزیم استفاده شده است. 
اخیرا دانشمندان این موسسه داده‌های رسمی‌ این ساعت جدید را که برای مدت یک قرن تحت آزمایش قرار داشته است به دفتر بین‌المللی اوزان و مقادیر واقع در کشور فرانسه ارسال کرده‌اند. 
این دفتر برای تنظیم ساعت جهانی (UTC)، زمان استاندارد جهانی، از داده‌های تمامی ساعت‌های اتمی ‌جهان استفاده می‌کند. بر مبنای داده‌های این دفتر هم‌اکنون ساعت اتمی  اف2‌، دقیق‌ترین ساعت اتمی ‌جهان به شمار می‌رود. 
ساعت اتمی‌  اف2 در واقع آخرین نسل از ساعت‌های اتمی ‌ساخته شده بر اساس ماده سزیم است که از سال 1950 این موسسه بر روی آن مشغول به کار است. این موسسه به عنوان متولی مقیاسات در ایالات متحده تلاش می‌کند تا دقت این ساعت -که بخشی از زیرساخت‌های اصلی جامعه امروزی را تشکیل می‌دهد- را افزایش دهد. فناوری‌های کنونی از قبیل تلفن‌های همراه، سیستم موقعیت‌یاب جهانی‌، گیرنده‌های ماهواره و شبکه‌های انتقال قدرت همگی به دقت ساعت اتمی‌ متکی می‌باشند. در واقع، اصلاح این ساعت منجر به پیشرفت و نوآوری‌هایی در زمینه‌های گوناگون فناوری می‌شود. 
استیون جفرت، فیزیکدان و طراح اصلی ساعت اتمی اف2 در این‌باره می‌گوید: "اگر ما در عرض 60 سال گذشته تجربیاتی از ساخت ساعت‌های اتمی‌کسب کرده‌ایم، متوجه این نکته شده‌ایم که در هر زمانی که ساعت بهتری می‌سازیم شخصی راهی برای استفاده از آن پیدا می‌کند که قبلا هرگز فکرش را هم نمی‌کردیم.‌"
در حال حاضر، اين موسسه بر آن است تا به شکلی همزمان از این دو ساعت اتمی ‌موجود استفاده كند. مقایسه درازمدت این دو ساعت به دانشمندان امکان آن را می‌دهد تا اصلاحات مربوطه را انجام داده به نحوی که بتوانند در خدمت جامعه قرار گیرند. در ضمن رصدخانه نیروی دریایی ايالات متحده نیز مسئولیت تنظیم زمان استاندارد نظامی ‌را بر عهده دارد. 
این دو ساعت اتمی ‌میزان تغییرات خاصی را در اتم سزیم که برابر است با 9192631770 ارتعاش در ثانیه را اندازه‌گیری کرده و از آن برای تعریف ثانیه یا واحد بین‌المللی زمان استفاده می‌کند. تنها تفاوت آنها در این است که ساعت اتمی اف1 در دمای اتاق (تقریبا 27 درجه سانتی‌گراد) عمل می‌کند، در حالی‌که اتم‌های ساعت اتمی اف2 در محیط‌های بسیار سردتری عمل می‌کند (193- درجه سانتی‌گراد). این سرما به نحو قابل توجهی میزان پرتو را کمتر کرده و در نهایت نیز خطاهای کوچکی که در ساعت اتمی اف1 رخ می‌داد را اصلاح مي‌كند. 
از این‌گونه ساعت‌های اتمی ‌برای تنظیم ساعت جهانی يو‌.تي.سي نیز استفاده می‌شود. از لحاظ فنی، در واقع این دو ساعت اتمی‌ یک استاندارد فرکانس (دامنه) قلمداد می‌شوند. بدین‌معنی که از آنها برای اندازه‌گیری میزان ثانیه و کالیبره کردن تیک‌های دیگر ساعت‌ها استفاده می‌شود. (زمان و فرکانس از رابطه‌ای معکوس نسبت به یکدیگر برخوردارند.‌)
اين موسسه برای برآورده کردن نیازهای گستره عظیمی ‌از مشتریان خود خدمات ویژه‌ای ارائه می‌کند. برای مثال، از زمان رسمی ان.آي.اس.تي در هر روز کاری برای تراکنش ميلياردها دلار در ايالات متحده استفاده می‌شود. این زمان همچنین از طریق خدمات زمانی اینترنت در اختیار صنایع و مردم قرار می‌گیرد. از ابتدای سال 2014 نزديك 8 میلیون درخواست روزانه برای تنظیم ساعت‌ها در رایانه‌ها و شبکه‌های مربوطه دریافت شده است. فرستنده رادیویی این موسسه نیز نزديك 50 میلیون ساعت را روزانه تنظیم می‌کند. 
به درخواست سازمان استاندارد ایتالیا، موسسه ان.آي.اس.تي نمونه دیگری از ساعت اتمی اف2را با نام IT-CsF2 برای همکار خود در شهر تورین ایتالیا ساخته است. 
دوران ساعت‌های سزیمی ‌به تاریخ 1967 برمی‌گردد. ساعت‌های سزیمی ‌از آن زمان تاکنون اصلاح شده و تا حدی نیز پیشرفت کرده‌اند. 
اما ساعت‌هایی که بر اساس فرکانس مایکروویو عمل می‌کنند به مانند آنهایی که بر اساس اتم‌های سزیمی‌ و دیگر اتم‌ها کار می‌کنند، به تدریج به آخر کار خود نزدیک می‌شوند، آن هم به این دلیل که فرکانس امواج مایکروویو در سطحی پایین قرار دارد. در آینده، عملکرد بهتر را می‌توان در ساعت‌هایی مشاهده کرد که بر اساس اتم‌هایی کار می‌کنند که در فرکانس‌های بسیار بالاتری آن هم در یا نزدیک به طیف الکترومغناطیس قرار می‌گیرند. این ساعت‌های اتمی ‌نوری‌، زمان را به بخش‌های کوچک‌تری تقسیم کرده و از دقت به مراتب بیشتری (تقریبا 100 برابر بیشتر) از استاندارد ساعت‌های سزیمی ‌کنونی برخوردارند. فرکانس بالاتر یکی از عواملی است که افزایش دقت این‌گونه از ساعت‌ها را در پی دارد.