Atom Saati Nasıl Çalışır?
Atomlardaki elektronlar belirli enerji seviyelerinde bulunur ve enerji soğuyarak ya da enerji yayarak bu seviyeler arasında geçiş sağlar. Atom Saati frekans standardı olarak atomlar tarafından yapılan fotonların frekanslarını kullanan saattir. Bu saatler günümüzün en hassas zaman ölçme aletleridir.
İlk atom saati, 1949’da Amerikan Ulusal Standartlar ve Teknoloji Enstitüsü’nde geliştirilmişti. Oda sıcaklığında çalışan bir amonyak lazeri (mikrodalga lazeri) içeren cihazın hassasiyeti düşüktü. Ancak zaman içerisinde büyük çoğunluğu düşük sıcaklıklarda çalışan çok daha hassas atom saati geliştirildi. Örneğin, stronsiyum atom saati o kadar hassastır ki, Büyük Patlama’dan (yaklaşık 14 milyar yıldan) beri çalışıyor olsaydı bugün zamanı 1 saniyeden daha az bir hata gösterecekti.
Günümüzde pek çok standart enstitüsü atom saati ağlarına sahiptir ve bu saatler her gün 10-9 saniye hassasiyetiyle senkronize edilir. 1967 yılından beri sezyum-133 atomlarının iki enerji seviyesi arasındaki geçiş frekansı 9.192.631.770 Hz olarak tanımlanıyor. Başka bir deyişle sezyum-133 atomları tarafından yapılan ışığın elektrik ve manyetik alanları saniyede
9.192.631.770 kez salınır. Zaman ölçümünde kullanılan bu standarda sezyum standardı denir.
Atom Saati Nerelerde Kullanılır?
Atom saatlerinden çeşitli teknolojilerde ve bilimsel çalışmalarda yararlanılır. Örneğin konum belirlemek için kullanılan GPS uydularında hassas atom saatleri vardır. Bunun yanı sıra başta görelilik kuramı olmak üzere zamanın hassas bir biçimde ölçülmesinin gerekli olduğu bilimsel çalışmalarda da atom saatleri kullanılır. Örneğin, genel görelilik kuramının en önemli sonuçlarından biri, zamanın akış hızının kütle çekim kuvvetinden etkilenmesidir. Dolayısıyla, yeryüzünde farklı yüksekliklerdeki saatler farklı hızlarda çalışır. Dünya gibi küçük gezegenlerin etraflarındaki zayıf kütle çekim alanlarında bu etkiyi sıradan saatlerle ölçmek çok zordur. Ancak en son geliştirilen iterbiyum atom saatinin yüksekliğini sadece 1 santimetre değiştirerek zamanın akış hızında meydana gelen değişikliği gözlemlemek mümkün.
Yeni geliştirilen atom saatinin bir diğer kullanım alanı da karanlık madde araştırmaları olabilir. Karanlık madde, elektromanyetik dalgalarla etkileşime girmediği için, teleskoplar veya diğer ölçüm aletleri ile doğrudan gözlemlenemiyor. Fakat evrendeki toplam maddenin yaklaşık %85’ine yakının oluşturan bu madde, gök cisimlerinin uzaydaki hareketlerini etkileyebiliyor. Bilim insanları, karanlık maddenin de sahip olduğu kütle sayesinde kütleçekimsel zaman genişlemesine yol açabileceğini öngörüyor. Yeni atom saati bu genişlemeyi hassas bir biçimde ölçmek için kullanılabilir.
Bu atom saatinin bulunduğu uzay aracı uzayda dolaşırken yoğun miktarda karanlık maddenin yanına yaklaştığında zaman daha yavaş akacak. Oluşacak zaman farkı çok küçük olmasına rağmen hassas atom saatlerinin kullanılması ile bu farklılıkların ölçülebileceği düşünülüyor.
Laboratuvar ortamında kurulan bu atom saatlerinin çalışabilmesi için çok sayıda lazere ihtiyaç duyuluyor. Saatleri geliştirmeye devam eden bilim insanları ileride taşınabilir bir versiyonunu yapı dünyanın değişik yerlerindeki kütleçekim farklılıklarını ölçmeyi planlıyor.
Kaynak: Bilim ve Teknik