Aatomkell

Aatomkell ehk kvantkell on ülitäpne kell, mille talitlus põhineb ergastatud kvantsüsteemides toimuvatel väga püsiva sagedusega elektromagnetvõnkumistel. Neid võnkumisi kiirgavad aatomid siirdumisel ühest energiaseisundist teise. Kvantsüsteemina kasutatakse peamiselt tseesiumi aatomeid. Tseesiumaatomkellade täpsuseks on saavutatud 10‒15, millele vastab viga 1 sekund 30 miljoni aasta kohta. Tseesiumi aatomi võnkeolekute alusel on defineeritud ka SI ajaühik sekund.

Väljatöötamisel on veelgi suuremat täpsust võimaldavad kvantsüsteemid, milles tseesiumi asemel kasutatakse rubiidiumi või vesiniku aatomeid, ka mõnede ainete molekule. 

Niisuguse kvantsüsteemi indutseeritud (esile kutsutud) kiirguse omadusi kasutatakse kvantgeneraatoris, mis tekitab püsiva sagedusega (ja seega ühepikkuste perioodidega) elektromagnetvõnkumist. See võnkumine sünkroonib aatomkellas kvartsresonaatori takti (kvartsresonaatori enda võnkesagedus pole teatavasti kuigi stabiilne ‒ viga umbes üks sekund kuu kohta).

Rahvusvahelise aatomiaja kellad
Rahvusvaheline aatomiaeg saadakse keskmisena ajanäitudest, mis saabuvad maailma eri paigus asuvate instituutide aatomkelladelt. Aatomiaja määramise ülitäpsed kellad on suured paiksed seadmed, mis asuvad eritingimustele vastavas keskkonnas.

Aatomkella moodulid
Täpne ajamõõtmine on eriti tähtis satelliitnavigatsioonis, sest sellest sõltub otseselt asukoha määramise täpsus. Selleks otstarbeks on loodud kompaktsed ja energiasäästlikud aatomkellad. Näiteks 2003. aastal võeti kasutusele väike (mõnesentimeetrise küljepikkusega) ja paarivatise võimsustarbega rubiidiumaatomkell; selle viga ei ületa üht sekundit 10 000 aasta kohta, seega on tavalisest kvartsresonaatoriga kellast üle 100 000 korra täpsem.

Väljatöötamisel on juba ka aatomkella moodulid kasutamiseks kantavates nutiseadmetes. USA firma Symmetricom lasi 2011. aastal müügile tavalise mikrokiibi suuruse tseesiumkella mooduli Chip Scale Atomic Clock (CSAC),  mille võimsustarve on 0,1 W.

Ajaloost
Aatomkella tööpõhimõtte töötas välja USA füüsik Isidor Isaac Rabi, kes sai selle eest 1944. aastal Nobeli füüsikaauhinna. Esimene tseesiumaatomkell sai valmis 1952. aastal . Aatomkellade mõõtetehnika täiustamist võimaldavad uuringud tõid 1989. aastal Nobeli füüsikaauhinna USA füüsikule Norman Ramseyle.

Vaata ka
Aatomiaeg

Viited

Kirjandus
 Kvantkell. EE, 1990, 5. kd, lk 268.

Välislingid
  How Atomic Clocks Work
  Uus kvantkell pakub senisest täpsemat ajamõõtmist
 Tuhanded kvantpõimitud aatomid muudavad kelli täpsemaks

 Kellad