পারমাণবিক ঘড়ি

thumb|upright=1.8|একটি সাধারণ বাণিজ্যিক সিজিয়াম বিম ফ্রিকোয়েন্সি রেফারেন্সের সরলীকৃত ব্লক ডায়াগ্রাম
thumb|এনআইএসটি পদার্থবিজ্ঞানী স্টিভ জেফারটস (সামনে) এবং টম হেভনার এনআইএসটি-এফ২ সিজিয়াম ফাউন্টেন পারমাণবিক ঘড়ির সাথে, যা মার্কিন যুক্তরাষ্ট্রের জন্য একটি বেসামরিক সময়ের মানক
[thumb|upright=1.2|[Washington, D.C.|ওয়াশিংটন, ডি.সি.-তে ইউ.এস. নেভাল অবজারভেটরি-তে অবস্থিত মাস্টার পারমাণবিক ঘড়ি এনসেম্বল, যা মার্কিন যুক্তরাষ্ট্রের প্রতিরক্ষা বিভাগের জন্য সময়ের মানক প্রদান করে। পেছনের র্যাকে বসানো ইউনিটগুলো হলো এইচপি ৫০৭১এ (HP 5071A) সিজিয়াম বিম ঘড়ি। সামনের কালো ইউনিটগুলো হলো সিগমা-টাউ এমএইচএম-২০১০ (Sigma-Tau MHM-2010) হাইড্রোজেন মেজার মানক।]]
একটি **পারমাণবিক ঘড়ি** হলো এমন এক ধরনের ঘড়ি যা পরমাণুর অনুনাদী কম্পাঙ্ক (resonant frequency) পরিমাপ করে সময় নির্ধারণ করে। এটি এই বাস্তবতার ওপর ভিত্তি করে কাজ করে যে পরমাণুগুলোর কোয়ান্টাইজড শক্তির স্তর রয়েছে, এবং এসব স্তরের মধ্যকার রূপান্তরগুলো তড়িৎচুম্বকীয় বিকিরণের অত্যন্ত সুনির্দিষ্ট কম্পাঙ্ক দ্বারা পরিচালিত হয়।  এই ঘটনাটিই এসআই (SI) পদ্ধতিতে সেকেন্ডের সংজ্ঞার ভিত্তি হিসেবে কাজ করে:


সেকেন্ড, যার প্রতীক s, হলো সময়ের এসআই একক। সিজিয়াম-১৩৩ পরমাণুর অবিচলিত ভূমি-স্তরের হাইপারফাইন রূপান্তর কম্পাঙ্ক, অর্থাৎ সিজিয়াম কম্পাঙ্ক \Delta \nu_\text{Cs}-এর একটি নির্দিষ্ট সাংখ্যিক মান গ্রহণ করে এটিকে সংজ্ঞায়িত করা হয়, যাকে হার্জ (Hz) এককে প্রকাশ করলে এর মান হয় , যা s−1-এর সমান।


এই সংজ্ঞাটি আন্তর্জাতিক পারমাণবিক সময় (TAI) পদ্ধতির ভিত্তি, যা বিশ্বজুড়ে থাকা পারমাণবিক ঘড়িগুলোর একটি এনসেম্বল দ্বারা রক্ষণাবেক্ষণ করা হয়। সমন্বিত সর্বজনীন সময় (UTC) ব্যবস্থা — যা বেসামরিক সময়ের ভিত্তি — পৃথিবীর ঘূর্ণনের সাথে ঘড়ির সময়কে এক সেকেন্ডের মধ্যে সামঞ্জস্যপূর্ণ রাখতে লিপ সেকেন্ড প্রয়োগ করে।

পারমাণবিক ঘড়ির নিখুঁত সময় রাখার ক্ষমতা ইউরোপীয় ইউনিয়নের (EU) গ্যালিলিও প্রোগ্রাম এবং মার্কিন যুক্তরাষ্ট্রের জিপিএস (GPS)-এর মতো স্যাটেলাইট নেটওয়ার্কগুলোর নেভিগেশনের জন্যও ব্যবহৃত হয়। পারমাণবিক ঘড়ির সময়ের নির্ভুলতা অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ, কারণ ১ ন্যানোসেকেন্ডের (10−9 s) একটি সময়ের ভুলকেও আলোর বেগ দ্বারা গুণ করলে তা প্রায় ৩০ সেন্টিমিটার অবস্থানগত ত্রুটির সমতুল্য হয়।

বর্তমানে ব্যবহৃত প্রধান ধরনের পারমাণবিক ঘড়িগুলোতে পরম শূন্য তাপমাত্রার কাছাকাছি শীতল করা সিজিয়াম পরমাণু (বা আয়ন) ব্যবহার করা হয়। উদাহরণস্বরূপ, মার্কিন যুক্তরাষ্ট্রের প্রাথমিক মানক, এনআইএসটি (NIST) সিজিয়াম ফাউন্টেন ঘড়ি যার নাম এনআইএসটি-এফ২ (NIST-F2), প্রায় 10−16 আপেক্ষিক অনিশ্চয়তার সাথে কাজ করে।
## সাম্প্রতিক অগ্রগতি
২০২৫ সালের জুলাই মাসে, যুক্তরাষ্ট্রের ন্যাশনাল ইনস্টিটিউট অব স্ট্যান্ডার্ডস অ্যান্ড টেকনোলজি–এর গবেষকেরা আবদ্ধ অ্যালুমিনিয়াম আয়নের উপর ভিত্তি করে নির্মিত একটি রেকর্ড গড়া অপটিক্যাল পারমাণবিক ঘড়ির কথা জানান। এই “কোয়ান্টাম লজিক” ঘড়িটি পদ্ধতিগত অনিশ্চয়তার ক্ষেত্রে প্রায় ১৯ দশমিক স্থান পর্যন্ত নির্ভুলতা অর্জন করেছে। এটি পূর্ববর্তী রেকর্ডের তুলনায় ৪১% উন্নতি নির্দেশ করে এবং অন্য যেকোনো আয়ন ঘড়ির তুলনায় ২.৬ গুণ বেশি স্থিতিশীল।
## সেকেন্ডের পুনঃসংজ্ঞায়ন
অপটিক্যাল পারমাণবিক ঘড়ির কার্যক্ষমতার দ্রুত উন্নতি বৈশ্বিক সময় ও কম্পাঙ্ক সম্প্রদায়কে এসআই সেকেন্ডের সম্ভাব্য পুনঃসংজ্ঞায়নের প্রস্তুতি নিতে উদ্বুদ্ধ করেছে। ২০২৫ সালের জুন মাসে ছয়টি দেশের অপটিক্যাল ঘড়ির সমন্বিত আন্তর্জাতিক তুলনার প্রতিবেদন প্রকাশিত হয়—যা একটি বৈশ্বিক অপটিক্যাল-সময় মান প্রতিষ্ঠার পথে একটি গুরুত্বপূর্ণ পদক্ষেপ হিসেবে বিবেচিত।
## প্রযুক্তিগত প্রভাব
অপটিক্যাল পারমাণবিক ঘড়ি নতুন নতুন প্রয়োগের সুযোগ সৃষ্টি করছে: অতি-নির্ভুল সময় ও কম্পাঙ্ক বিতরণ, উন্নত বৈশ্বিক ন্যাভিগেশন উপগ্রহ ব্যবস্থা, আপেক্ষিকতাবাদী ভূপরিমিতি (ঘড়ির গতির মাধ্যমে মহাকর্ষীয় বিভবের পার্থক্য পরিমাপ), এবং মৌলিক ধ্রুবক ও সাধারণ আপেক্ষিকতাবাদের পরীক্ষা।
## ইতিহাস

স্কটিশ পদার্থবিজ্ঞানী জেমস ক্লার্ক ম্যাক্সওয়েল ১৮৭৩ সালে তাঁর *A Treatise on Electricity and Magnetism* গ্রন্থে আলোক তরঙ্গ–এর কম্পন ব্যবহার করে সময় পরিমাপের প্রস্তাব দেন: ‘দৈর্ঘ্যের একক হিসেবে যে নির্দিষ্ট আলোর তরঙ্গদৈর্ঘ্য নির্ধারিত, তার কম্পনের পর্যায়কাল গ্রহণ করে সময়ের আরও সর্বজনীন একক নির্ধারণ করা যেতে পারে।’ ম্যাক্সওয়েল যুক্তি দেন যে এটি পৃথিবীর আবর্তন–এর তুলনায় অধিক নির্ভুল হবে, যা সময় গণনার জন্য গড় সৌর সেকেন্ড নির্ধারণ করে।

১৯৩০-এর দশকে মার্কিন পদার্থবিজ্ঞানী ইসিডর আইজ্যাক রাবি পারমাণবিক রশ্মিভিত্তিক চৌম্বক অনুরণন কম্পাঙ্ক ঘড়ির জন্য যন্ত্রপাতি নির্মাণ করেন।

যান্ত্রিক, তড়িৎযান্ত্রিক এবং কোয়ার্টজ ঘড়ি–এর নির্ভুলতা তাপমাত্রার ওঠানামায় কমে যায়। এর ফলে পরমাণুর কম্পনের কম্পাঙ্ক পরিমাপ করে আরও নির্ভুলভাবে সময় নির্ধারণের ধারণা গুরুত্ব পায়; এ প্রস্তাব দেন জেমস ক্লার্ক ম্যাক্সওয়েল, লর্ড কেলভিন এবং ইসিডর রাবি। ১৯৪৯ সালে অ্যামোনিয়া অণুর পর্যায়-রূপান্তর পরিমাপকারী একটি প্রোটোটাইপ তৈরি করা হয়। সিজিয়াম পরমাণু ব্যবহার করে প্রথম কার্যকর পারমাণবিক ঘড়ি ১৯৫৫ সালে যুক্তরাজ্যের ন্যাশনাল ফিজিক্যাল ল্যাবরেটরি–তে নির্মিত হয়। এটি লুইস এসেন জ্যাক প্যারির সহযোগিতায় নির্মাণ করেন।

১৯৪৯ সালে আলফ্রেড কাস্টলার এবং জ্যাঁ ব্রোসেল আলো ব্যবহার করে পরমাণুর ইলেকট্রন শক্তিস্তর রূপান্তরের জন্য অপটিক্যাল পাম্পিং নামে একটি কৌশল উদ্ভাবন করেন। এই কৌশলটি অধিক শক্তিশালী চৌম্বক অনুরণন ও মাইক্রোওয়েভ শোষণ সংকেত তৈরিতে সহায়ক। তবে এতে অনুরণন কম্পাঙ্কে আলোক-সরণ (light shift)–এর পার্শ্বপ্রতিক্রিয়া দেখা দেয়। ক্লদ কোহেন-তান্নুদজি এবং অন্যরা এই আলোক-সরণ গ্রহণযোগ্য মাত্রায় কমাতে সক্ষম হন।

র‍্যামসি উচ্চতর কম্পাঙ্ক ও সংকীর্ণ অনুরণনের জন্য দোলায়মান ক্ষেত্রে একটি পদ্ধতি উদ্ভাবন করেন, যা বর্তমানে র‍্যামসি ইন্টারফেরোমেট্রি নামে পরিচিত। ১৯৫০ সালে কোলস্কি, ফিপস, র‍্যামসি ও সিলসবী অণু রশ্মি বর্ণালিবিজ্ঞানে এই কৌশল প্রয়োগ করেন।

১৯৫৬ সালের পর পারমাণবিক ঘড়ি নিয়ে বহু প্রতিষ্ঠান গবেষণা শুরু করে, যেমন যুক্তরাষ্ট্রের ন্যাশনাল ইনস্টিটিউট অব স্ট্যান্ডার্ডস অ্যান্ড টেকনোলজি (NIST, পূর্বনাম National Bureau of Standards), জার্মানির ফিজিকালিশ-টেকনিশে বুন্ডেসআনস্টাল্ট, কানাডার ন্যাশনাল রিসার্চ কাউন্সিল (NRC), যুক্তরাজ্যের ন্যাশনাল ফিজিক্যাল ল্যাবরেটরি, আন্তর্জাতিক সময় ব্যুরো (ফরাসি: *Bureau International de l'Heure*, সংক্ষেপে BIH), প্যারিস মানমন্দির, ন্যাশনাল রেডিও কোম্পানি, Bomac, ভেরিয়ান, হিউলেট–প্যাকার্ড এবং Frequency & Time Systems।

১৯৫০-এর দশকে ন্যাশনাল রেডিও কোম্পানি প্রথম পারমাণবিক ঘড়ি অ্যাটমিক্রন–এর ৫০টিরও বেশি ইউনিট বিক্রি করে। ১৯৬৪ সালে হিউলেট–প্যাকার্ড–এর প্রকৌশলীরা সিজিয়াম ঘড়ির ৫০৬০ র্যাক-মাউন্টেড মডেল উন্মোচন করেন।
### সেকেন্ডের সংজ্ঞা

১৯৬৮ সালে এসআই সেকেন্ডের স্থায়িত্ব নির্ধারণ করে  বার অপ্রভাবিত ভূমিস্থিতির অতিসূক্ষ্ম স্তরান্তর কম্পাঙ্কে সিজিয়াম-১৩৩ পরমাণুর কম্পনের সময়কাল হিসেবে। এর আগে এটি সংজ্ঞায়িত ছিল ১৯০০ সালের ক্রান্তীয় বছর–এ  সেকেন্ড রয়েছে এই ভিত্তিতে। ১৯৯৭ সালে আন্তর্জাতিক ওজন ও পরিমাপ কমিটি (CIPM) যুক্ত করে যে পূর্ববর্তী সংজ্ঞাটি পরম শূন্য তাপমাত্রায় স্থির অবস্থায় থাকা একটি সিজিয়াম পরমাণুকে নির্দেশ করে। এসআই-এর ২০১৯ সংশোধন–এর পর, ভিত্তি এককগুলোর মধ্যে মোল ব্যতীত প্রতিটি এবং প্রায় সব উৎপন্ন একক–এর সংজ্ঞা সেকেন্ডের সংজ্ঞার উপর নির্ভরশীল।

সময়পরিমাপ গবেষকেরা সেকেন্ডের জন্য আরও স্থিতিশীল পারমাণবিক মানদণ্ড অনুসন্ধান করছেন। পরিকল্পনা রয়েছে যে, আরও নির্ভুল সংজ্ঞা নির্ধারণ করা হবে, কারণ অপটিক্যাল ঘড়ি অথবা রাইডবার্গ ধ্রুবক–এর উপর ভিত্তি করে পারমাণবিক ঘড়ির উন্নতির মাধ্যমে প্রায় ২০৩০ সালের মধ্যে তা সম্ভব হতে পারে।
### মেট্রোলজির অগ্রগতি ও অপটিক্যাল ঘড়ি

১৯৯০-এর দশকে লেজার এবং অপটিক্যাল ফ্রিকোয়েন্সি কম্ব–এর মতো প্রযুক্তিগত উন্নয়নের ফলে পারমাণবিক ঘড়ির নির্ভুলতা বৃদ্ধি পায়। লেজার পারমাণবিক অবস্থার স্থানান্তর নিয়ন্ত্রণকে অপটিক্যাল পরিসরে সম্ভব করে, যার কম্পাঙ্ক মাইক্রোওয়েভের তুলনায় অনেক বেশি; অন্যদিকে অপটিক্যাল ফ্রিকোয়েন্সি কম্ব আলোতে এমন উচ্চ-কম্পাঙ্ক দোলন অত্যন্ত নির্ভুলভাবে পরিমাপ করতে পারে।

সিজিয়াম ঘড়ির নির্ভুলতাকে অতিক্রমকারী প্রথম অগ্রগতি ঘটে ২০১০ সালে এনআইএসটি-এ, যেখানে অ্যালুমিনিয়াম আয়ন ব্যবহারকারী একটি "কোয়ান্টাম লজিক" অপটিক্যাল ঘড়ি প্রদর্শিত হয় এবং এটি  মাত্রার নির্ভুলতা অর্জন করে। অপটিক্যাল ঘড়ি বর্তমানে মেট্রোলজির ক্ষেত্রে অত্যন্ত সক্রিয় গবেষণার বিষয়, যেখানে বিজ্ঞানীরা ইটারবিয়াম, পারদ, অ্যালুমিনিয়াম এবং স্ট্রনটিয়াম–এর উপর ভিত্তি করে ঘড়ি উন্নয়নের কাজ করছেন। ২০১৫ সালে জাইলা-এর বিজ্ঞানীরা  কম্পাঙ্ক নির্ভুলতাসম্পন্ন একটি স্ট্রনটিয়াম ঘড়ি প্রদর্শন করেন। ২০১৯ সালে এনআইএসটি-এর বিজ্ঞানীরা একটি কোয়ান্টাম লজিক ঘড়ি উন্নয়ন করেন, যা একক অ্যালুমিনিয়াম আয়ন পরিমাপ করে  কম্পাঙ্ক অনিশ্চয়তা অর্জন করে।

২০২১ সালের সেপ্টেম্বর মাসে জাইলা-এ বিজ্ঞানীরা এমন একটি অপটিক্যাল স্ট্রনটিয়াম ঘড়ি প্রদর্শন করেন, যেখানে  দূরত্বে পৃথকীকৃত পারমাণবিক সমষ্টির মধ্যে পার্থক্যমূলক কম্পাঙ্ক নির্ভুলতা ছিল । অপটিক্যাল ঘড়ির ক্ষেত্রটি পরিপক্ব হলে, সম্ভবত ২০৩০ বা ২০৩৪ সালের দিকে, সেকেন্ডের পুনঃসংজ্ঞায়ন প্রত্যাশিত। এটির জন্য অপটিক্যাল ঘড়িগুলোকে ধারাবাহিকভাবে  বা তার চেয়েও ভালো নির্ভুলতায় কম্পাঙ্ক পরিমাপ করতে সক্ষম হতে হবে। পাশাপাশি, বিভিন্ন দেশের জাতীয় মেট্রোলজি গবেষণাগারে অবস্থিত ভিন্ন অপটিক্যাল ঘড়ির নির্ভরযোগ্য তুলনা-পদ্ধতি প্রদর্শন করতে হবে, এবং এই তুলনায় আপেক্ষিক ঘড়ি-কম্পাঙ্ক নির্ভুলতা  বা তার চেয়েও ভালো হতে হবে।
### চিপ-স্কেল পারমাণবিক ঘড়ি

অপটিক্যাল ঘড়ির আকার ও শক্তি খরচ হ্রাস করা প্রয়োজন, যাতে এগুলো ভূ-পরিমাপবিদ্যা এবং জিপিএস ন্যাভিগেশনে ব্যবহার করা যায়। ২০০৪ সালের আগস্ট মাসে এনআইএসটি-এর বিজ্ঞানীরা একটি চিপ-স্কেল পারমাণবিক ঘড়ি প্রদর্শন করেন, যা প্রচলিত পারমাণবিক ঘড়ির তুলনায় ১০০ গুণ ছোট ছিল এবং যার শক্তি খরচ ছিল মাত্র । এই পারমাণবিক ঘড়িটির আকার ছিল প্রায় একটি চালের দানার সমান এবং এর কম্পাঙ্ক ছিল প্রায় 9&nbsp;GHz। এই প্রযুক্তি ২০১১ সালে বাণিজ্যিকভাবে উপলভ্য হয়।
## পারমাণবিক ঘড়ির সাহায্যে সময় পরিমাপ

### ঘড়ির কার্যপ্রণালী
একটি পারমাণবিক ঘড়ি এমন একটি পরমাণু ব্যবস্থার ওপর ভিত্তি করে তৈরি যেখানে পরমাণুগুলো দুটি সম্ভাব্য শক্তিস্তরের যেকোনো একটিতে থাকতে পারে। প্রথমে একটি নির্দিষ্ট শক্তিস্তরে থাকা একদল পরমাণু প্রস্তুত করা হয় এবং তারপর সেগুলোকে মাইক্রোওয়েভ বিকিরণের সম্মুখীন করা হয়। যদি বিকিরণের কম্পাঙ্ক সঠিক হয়, তবে বেশ কিছু পরমাণু অন্য একটি শক্তিস্তরে স্থানান্তরিত হবে। এই বিকিরণের কম্পাঙ্ক পরমাণুর নিজস্ব দোলন কম্পাঙ্কের (oscillation frequency) যত কাছাকাছি হবে, তত বেশি সংখ্যক পরমাণু তাদের অবস্থা পরিবর্তন করবে। এই ধরনের পারস্পরিক সম্পর্ক মাইক্রোওয়েভ বিকিরণের কম্পাঙ্ককে অত্যন্ত নির্ভুলভাবে টিউন করার সুযোগ দেয়। একবার মাইক্রোওয়েভ বিকিরণকে এমন একটি পরিচিত কম্পাঙ্কে সামঞ্জস্য করা হলে যেখানে সর্বাধিক সংখ্যক পরমাণু তাদের অবস্থা পরিবর্তন করে, তখন সেই পরমাণু এবং এর সাথে সংশ্লিষ্ট রূপান্তর কম্পাঙ্ককে সময় পরিমাপের জন্য একটি টাইমকিপিং অসিলেটর হিসেবে ব্যবহার করা যেতে পারে।

সমস্ত টাইমকিপিং ডিভাইস সময় নির্ভুলভাবে পরিমাপ করার জন্য দোলন প্রক্রিয়ার (oscillatory phenomena) সাহায্য নেয়; সেটি সূর্যঘড়ির (sundial) ক্ষেত্রে পৃথিবীর আবর্তন, গ্র্যান্ডফাদার ক্লকের (grandfather clock) ক্ষেত্রে পেন্ডুলামের দোলন, সাধারণ ঘড়ির (watch) ক্ষেত্রে স্প্রিং ও গিয়ারের কম্পন, অথবা কোয়ার্টজ ক্রিস্টাল ঘড়ির (crystal watch) ক্ষেত্রে ভোল্টেজ পরিবর্তন হতে পারে। তবে এই সবগুলিই তাপমাত্রার পরিবর্তন দ্বারা সহজে প্রভাবিত হয় এবং এগুলো খুব একটা নির্ভুল নয়। সবচেয়ে নির্ভুল ঘড়িগুলো সময় গণনা করার জন্য পারমাণবিক কম্পন ব্যবহার করে। পরমাণুর ঘড়ি রূপান্তর অবস্থাগুলো (clock transition states) তাপমাত্রা এবং অন্যান্য পরিবেশগত কারণের প্রতি সংবেদনশীল নয় এবং এর দোলন কম্পাঙ্ক অন্য যেকোনো ঘড়ির তুলনায় অনেক বেশি (মাইক্রোওয়েভ কম্পাঙ্ক বা তার চেয়ে বেশি)।

একটি ঘড়ির কর্মক্ষমতার অন্যতম গুরুত্বপূর্ণ কারণ হলো পারমাণবিক রেখার গুণমান গুণক (atomic line quality factor), যা  দ্বারা প্রকাশ করা হয়। একে অনুরণনের পরম কম্পাঙ্ক \nu_0 এবং অনুরণনের নিজস্ব রেখাপ্রস্থের (linewidth) \Delta \nu অনুপাত হিসেবে সংজ্ঞায়িত করা হয়। যান্ত্রিক যন্ত্রপাতির তুলনায় পারমাণবিক অনুরণনের  অনেক বেশি হয়। পারমাণবিক ঘড়িগুলোকে পরিবেশগত প্রভাব থেকেও অনেক উচ্চ মাত্রায় বিচ্ছিন্ন রাখা যায়। পারমাণবিক ঘড়ির একটি সুবিধা হলো পরমাণুগুলো সর্বজনীন (universal), যার অর্থ এদের দোলন কম্পাঙ্কও সর্বজনীন। এটি কোয়ার্টজ এবং যান্ত্রিক সময় পরিমাপক যন্ত্রগুলোর থেকে আলাদা, কারণ সেগুলোর কোনো সর্বজনীন কম্পাঙ্ক নেই।

একটি ঘড়ির গুণমান দুটি প্যারামিটার দ্বারা নির্দিষ্ট করা যায়: নির্ভুলতা (accuracy) এবং স্থায়িত্ব (stability)। নির্ভুলতা হলো ঘড়ির টিক দেওয়ার হার একটি বিচ্ছিন্ন পরমাণু বা আয়নের নিজস্ব হাইপারফাইন কম্পাঙ্কের মতো কোনো পরম মানকের সাথে কতটা মিলে যাচ্ছে তার পরিমাপ। স্থায়িত্ব বর্ণনা করে যে, নয়েজ এবং অন্যান্য স্বল্পমেয়াদী ওঠানামা কমানোর জন্য সময়ের সাথে ঘড়ির গড় কর্মক্ষমতা কেমন থাকে (নির্ভুলতা বা precision দেখুন)।

একটি পারমাণবিক ঘড়ির অস্থিতিশীলতা এর অ্যালান বিচ্যুতি \sigma_y(\tau) দ্বারা নির্দিষ্ট করা হয়। পরমাণু বা আয়ন গণনার পরিসংখ্যানের কারণে সৃষ্ট সীমাবদ্ধ অস্থিতিশীলতা নিম্নোক্ত সমীকরণ দ্বারা প্রকাশ করা হয়: 
: 
\sigma_{y,\, {\rm atoms}}(\tau) \approx \frac{\Delta \nu}{\nu_0 \sqrt{N}} \sqrt{\frac{T_\text{c}}{\tau}},

এখানে \Delta \nu হলো ঘড়ি ব্যবস্থার স্পেকট্রোস্কোপিক রেখাপ্রস্থ, N হলো একটি একক পরিমাপে ব্যবহৃত পরমাণু বা আয়নের সংখ্যা, T_\text{c} হলো একটি চক্রের জন্য প্রয়োজনীয় সময় এবং \tau হলো গড় করার সময়কাল। এর অর্থ হলো যখন রেখাপ্রস্থ \Delta \nu ছোট হয় এবং যখন \sqrt{N} (সংকেত ও নয়েজের অনুপাত) বড় হয়, তখন অস্থিতিশীলতা কম থাকে। কয়েক সেকেন্ড থেকে শুরু করে কয়েক ঘণ্টা বা কয়েক দিন পর্যন্ত পরিমাপের গড় সময় \tau যত বাড়তে থাকে, স্থায়িত্ব তত উন্নত হয়। স্থায়িত্ব সবচেয়ে বেশি প্রভাবিত হয় অসিলেটর কম্পাঙ্ক \nu_0 দ্বারা। এই কারণেই স্ট্রনটিয়াম ঘড়ির (৪২৯ টেরাহার্টজ) মতো অপটিক্যাল ঘড়িগুলো সিজিয়াম ঘড়ির (৯.১৯ গিগাহার্টজ) তুলনায় অনেক বেশি স্থিতিশীল।

অ্যাটমিক ফাউন্টেন বা অপটিক্যাল ল্যাটিসের মতো আধুনিক ঘড়িগুলো, যেগুলো ক্রমান্বয়িক জিজ্ঞাসাবাদ (sequential interrogation) ব্যবহার করে, দেখা গেছে যে সেগুলো এক ধরনের নয়েজ তৈরি করে যা পরমাণু বা আয়ন গণনার সহজাত অস্থিতিশীলতাকে বাড়িয়ে দেয়। এই প্রভাবকে ডিক ইফেক্ট বলা হয় এবং এটি সাধারণত নতুন পারমাণবিক ঘড়িগুলোর প্রাথমিক স্থায়িত্বের সীমাবদ্ধতা হিসেবে কাজ করে। এটি একটি অ্যালিয়াসিং প্রভাব; লোকাল অসিলেটরের ("LO") উচ্চ কম্পাঙ্ক নয়েজ উপাদানগুলো এলও কম্পাঙ্কের ফিডব্যাক সংবেদনশীলতার পুনরাবৃত্তিমূলক পরিবর্তনের হারমোনিক্স দ্বারা শূন্য কম্পাঙ্কের কাছাকাছি হেটেরোডাইনড (heterodyned) হয়। এই প্রভাবটি এলও-এর ওপর নতুন এবং কঠোর প্রয়োজনীয়তা আরোপ করে, যার এখন উচ্চ স্থায়িত্বের পাশাপাশি কম ফেজ নয়েজ থাকতে হবে, ফলে সিস্টেমের খরচ এবং জটিলতা বৃদ্ধি পায়। একটি ফ্লিকার ফ্রিকোয়েন্সি নয়েজ (Flicker frequency noise) সহ এলও-এর ক্ষেত্রে যেখানে \sigma_y^{\rm LO}(\tau) সময় \tau-এর ওপর নির্ভর করে না, জিজ্ঞাসাবাদের সময় T_i এবং ডিউটি ফ্যাক্টর d=T_i/T_c-এর মান সাধারণত 0.4 হয়, সেখানে অ্যালান বিচ্যুতিকে নিম্নোক্তভাবে অনুমান করা যায়: 
: \sigma_{y,\,{\rm Dick}}(\tau) \approx \frac{\sigma_y^{\rm LO}}{\sqrt{2\ln(2)}} \cdot \left|\frac{\sin(\pi d)}{\pi d}\right| \cdot \sqrt{\frac{T_c}{\tau}}.


এই সমীকরণটি T_c / {\tau} -এর ওপর একই রকম নির্ভরতা দেখায় যেমনটি  \sigma_{y,\, {\rm atoms}}(\tau) দেখায় এবং অনেক নতুন ঘড়ির ক্ষেত্রে এটি উল্লেখযোগ্যভাবে বেশি। অপটিক্যাল মানকগুলোর ক্ষেত্রে প্রয়োগ করা এই প্রভাব এবং এর পরিণতির বিশ্লেষণ একটি প্রধান পর্যালোচনায় (লুডলো এবং অন্যান্য, ২০১৫) আলোচনা করা হয়েছে যেখানে "ডিক ইফেক্টের ক্ষতিকারক প্রভাব"-এর কথা উল্লেখ করা হয়েছে এবং আরও বেশ কিছু গবেষণাপত্রেও এটি আলোচিত হয়েছে।
### টিউনিং এবং অপ্টিমাইজেশন

পারমাণবিক ঘড়ির মূল অংশে একটি মাইক্রোওয়েভ ক্যাভিটি থাকে, যার মধ্যে একটি গ্যাস সংরক্ষিত থাকে। হাইড্রোজেন মেজার ঘড়িতে এই গ্যাস হাইপারফাইন রূপান্তরের সময় মাইক্রোওয়েভ নির্গত করে (*[[মেজার|মেজারিং]]*)। ক্যাভিটির অভ্যন্তরের ক্ষেত্র যখন দোলায়িত হয়, তখন সর্বাধিক মাইক্রোওয়েভ প্রশস্ততা পাওয়ার জন্য ক্যাভিটিটি টিউন করা হয়। 

সমন্বয় প্রক্রিয়ায় অনাকাঙ্ক্ষিত পার্শ্বপ্রতিক্রিয়া সংশোধনের চেষ্টা করা হয়, যেমন অন্যান্য ইলেকট্রন রূপান্তর থেকে উৎপন্ন কম্পাঙ্ক, তাপমাত্রার পরিবর্তন, এবং অণুর কম্পনের কারণে সৃষ্ট কম্পাঙ্কের বিস্তার, যার মধ্যে ডপলার প্রসারণ অন্তর্ভুক্ত।

নতুন প্রজন্মের অনেক ঘড়ি, যার মধ্যে ফাঁদে আবদ্ধ আয়ন বা ফোয়ারা ঘড়ির মতো মাইক্রোওয়েভ ঘড়ি এবং ল্যাটিস ঘড়ির মতো অপটিক্যাল ঘড়ি অন্তর্ভুক্ত, কম্পাঙ্ক-মডুলেশন অনুসন্ধানের পরিবর্তে একটি ধারাবাহিক অনুসন্ধান প্রোটোকল ব্যবহার করে। ধারাবাহিক অনুসন্ধানের একটি সুবিধা হলো এটি অনেক উচ্চ Q মান গ্রহণ করতে পারে, যেখানে রিংিং সময় মিলিসেকেন্ডের পরিবর্তে সেকেন্ডের মাত্রায় হয়। এই ঘড়িগুলিতে সাধারণত একটি *ডেড টাইম* থাকে, যার সময় পরমাণু বা আয়নের সমষ্টিকে বিশ্লেষণ করা হয়, পুনর্নবীকরণ করা হয় এবং উপযুক্ত কোয়ান্টাম অবস্থায় প্রবর্তিত করা হয়। এরপর প্রায় এক সেকেন্ড বা তারও বেশি সময় ধরে একটি *স্থানীয় অসিলেটর* (LO) থেকে প্রাপ্ত সংকেত দিয়ে সেগুলিকে অনুসন্ধান করা হয়। পরমাণুগুলির চূড়ান্ত অবস্থার বিশ্লেষণ থেকে একটি সংশোধন সংকেত তৈরি করা হয়, যা LO-এর কম্পাঙ্ককে পরমাণু বা আয়নের কম্পাঙ্কের সাথে আবদ্ধ (লক) রাখতে সাহায্য করে।
## নির্ভুলতা

১৯৫০-এর দশকে প্রথম প্রোটোটাইপ তৈরির পর থেকে পারমাণবিক ঘড়ির নির্ভুলতা ধারাবাহিকভাবে উন্নত হয়েছে। প্রথম প্রজন্মের পারমাণবিক ঘড়িগুলো সিজিয়াম, রুবিডিয়াম এবং হাইড্রোজেন পরমাণুর পরিমাপের উপর ভিত্তি করে নির্মিত ছিল। ১৯৫৯ থেকে ১৯৯৮ সাল পর্যন্ত সময়কালে এনআইএসটি NBS-1 থেকে NBS-6 এবং NIST-7 নামে সিজিয়াম-১৩৩ মাইক্রোওয়েভ ঘড়ির একটি ধারাবাহিক সিরিজ তৈরি করে; সংস্থাটির নাম ন্যাশনাল ব্যুরো অব স্ট্যান্ডার্ডস থেকে ন্যাশনাল ইনস্টিটিউট অব স্ট্যান্ডার্ডস অ্যান্ড টেকনোলজি-তে পরিবর্তনের পর এ নামকরণ করা হয়। প্রথম ঘড়িটির নির্ভুলতা ছিল , এবং শেষ ঘড়িটির নির্ভুলতা ছিল । এই ঘড়িগুলোই প্রথম সিজিয়াম ফোয়ারা ব্যবহার করে, যা জেরড জাকারিয়াস প্রবর্তন করেন। এছাড়া ১৯৭৮ সালে ডেভ ওয়াইনল্যান্ড ও তাঁর সহকর্মীরা পরমাণুর লেজার শীতলীকরণ প্রদর্শন করেন।

পারমাণবিক ঘড়ির অগ্রগতির পরবর্তী ধাপে নির্ভুলতা  থেকে  এবং এমনকি -এ উন্নীত করার প্রচেষ্টা অন্তর্ভুক্ত রয়েছে। লক্ষ্য হলো সেকেন্ডের সংজ্ঞা পুনর্নির্ধারণ করা, যখন ঘড়িগুলো এতটাই নির্ভুল হবে যে তারা মহাবিশ্বের বয়স জুড়ে এক সেকেন্ডের বেশি হারাবে বা বাড়াবে না। এটি অর্জনের জন্য বিজ্ঞানীদের স্ট্রনটিয়াম ও ইটারবিয়াম এবং অপটিক্যাল ল্যাটিস প্রযুক্তি ব্যবহারকারী ঘড়ির নির্ভুলতা প্রদর্শন করতে হবে। এ ধরনের ঘড়িকে অপটিক্যাল ঘড়ি বলা হয়, যেখানে ব্যবহৃত শক্তিস্তর রূপান্তর অপটিক্যাল অঞ্চলে ঘটে (ফলে আরও উচ্চ দোলন ফ্রিকোয়েন্সি উৎপন্ন হয়)। এর ফলে প্রচলিত পারমাণবিক ঘড়ির তুলনায় এদের নির্ভুলতা অনেক বেশি হয়।

 নির্ভুলতাসম্পন্ন একটি পারমাণবিক ঘড়ির লক্ষ্য প্রথম অর্জিত হয় যুক্তরাজ্যের ন্যাশনাল ফিজিক্যাল ল্যাবরেটরি (যুক্তরাজ্য)-এর NPL-CsF2 সিজিয়াম ফোয়ারা ঘড়িতে এবং যুক্তরাষ্ট্রের এনআইএসটি-এফ২-এ। NIST-F1 থেকে NIST-F2-এ নির্ভুলতা বৃদ্ধির কারণ হলো মাইক্রোওয়েভ আন্তঃক্রিয়া অঞ্চলে তরল নাইট্রোজেন দ্বারা শীতলীকরণ; NIST-F1-এ অনিশ্চয়তার সবচেয়ে বড় উৎস ছিল উষ্ণ চেম্বারের দেয়াল থেকে নির্গত কৃষ্ণবস্তু বিকিরণ।

আন্তর্জাতিক পারমাণবিক সময় (TAI)-এ অবদান রাখা প্রাথমিক ও গৌণ ফ্রিকোয়েন্সি মানদণ্ডের কর্মক্ষমতা মূল্যায়ন করা হয়। পৃথক (মূলত প্রাথমিক) ঘড়িগুলোর মূল্যায়ন প্রতিবেদন অনলাইনে প্রকাশিত হয় ইন্টারন্যাশনাল ব্যুরো অব ওয়েটস অ্যান্ড মেজারস (BIPM) দ্বারা।
## পারমাণবিক ঘড়ির তুলনা

### সময়ের মানদণ্ড

বিভিন্ন জাতীয় মেট্রোলজি গবেষণাগার পারমাণবিক ঘড়ি রক্ষণাবেক্ষণ করে: এর মধ্যে রয়েছে প্যারিস মানমন্দির, জার্মানির ফিজিকালিশ-টেকনিশে বুন্ডেসআনস্টাল্ট (PTB), যুক্তরাষ্ট্রের ন্যাশনাল ইনস্টিটিউট অব স্ট্যান্ডার্ডস অ্যান্ড টেকনোলজি (NIST) যা কলোরাডো ও মেরিল্যান্ড-এ অবস্থিত, ইউনিভার্সিটি অব কলোরাডো বোল্ডার-এর জিলা, যুক্তরাজ্যের ন্যাশনাল ফিজিক্যাল ল্যাবরেটরি (NPL), এবং অল-রাশিয়ান সায়েন্টিফিক রিসার্চ ইনস্টিটিউট ফর ফিজিক্যাল-ইঞ্জিনিয়ারিং অ্যান্ড রেডিওটেকনিক্যাল মেট্রোলজি। তারা সিজিয়াম-১৩৩-এর রূপান্তর ফ্রিকোয়েন্সির সাথে নির্দিষ্ট সম্পর্কযুক্ত বৈদ্যুতিক দোলন উৎপন্নকারী ফ্রিকোয়েন্সি মানদণ্ড নকশা ও নির্মাণের মাধ্যমে অত্যন্ত নিম্ন অনিশ্চয়তা অর্জন করে। এসব প্রাথমিক ফ্রিকোয়েন্সি মানদণ্ড বিভিন্ন ফ্রিকোয়েন্সি স্থানচ্যুতি নিরূপণ ও সংশোধন করে; এর মধ্যে রয়েছে পরমাণুর গতির সাথে সম্পর্কিত আপেক্ষিকতাবাদী ডপলার স্থানচ্যুতি, পরিবেশের তাপীয় বিকিরণ (কৃষ্ণবস্তু স্থানচ্যুতি) এবং আরও কয়েকটি প্রভাব। বর্তমানের সর্বোত্তম প্রাথমিক মানদণ্ড এসআই সেকেন্ডকে প্রায় -এর এক অংশ অনিশ্চয়তার পর্যায়ে নির্ধারণ করতে সক্ষম।

এই নির্ভুলতার স্তরে যন্ত্রের ভেতরে বিদ্যমান মহাকর্ষীয় ক্ষেত্র-এর পার্থক্য উপেক্ষা করা যায় না। ফলে মানদণ্ডটিকে সাধারণ আপেক্ষিকতাবাদ-এর কাঠামোর মধ্যে বিবেচনা করে নির্দিষ্ট বিন্দুতে একটি যথাযথ সময় নির্ধারণ করা হয়।

আন্তর্জাতিক পারমাণবিক সময় (TAI) এবং সমন্বিত সর্বজনীন সময় (UTC)-এর মতো পারমাণবিক সময় মানদণ্ড উপগ্রহ নেভিগেশন ব্যবস্থা, রেডিও সময় সংকেত এবং নেটওয়ার্কভিত্তিক সময় পরিষেবার মাধ্যমে সাধারণ জনগণের কাছে পৌঁছে দেওয়া হয়। আনুষ্ঠানিক সময় কর্তৃপক্ষের ওয়েবসাইট ছাড়াও এমন কিছু উন্মুক্ত রেফারেন্স সরঞ্জাম রয়েছে, যা ব্যবহারকারীদের স্থানীয় কম্পিউটার সিস্টেমে প্রদর্শিত সময়কে জাতীয় মেট্রোলজি ইনস্টিটিউটের সময় সার্ভার থেকে প্রাপ্ত UTC-এর সাথে তুলনা করতে সহায়তা করে; যেমন NIST পরিচালিত সার্ভারসমূহ। এসব সরঞ্জাম ব্যবহার করে ব্যবহারকারী ডিভাইসে ঘড়ির বিচ্যুতি ও সিঙ্ক্রোনাইজেশন অসামঞ্জস্য পর্যবেক্ষণ করা যায়।

আন্তর্জাতিক ওজন ও পরিমাপ ব্যুরো (BIPM) এমন ফ্রিকোয়েন্সির একটি তালিকা প্রদান করে যা সেকেন্ডের গৌণ উপস্থাপন হিসেবে কাজ করে। এই তালিকায় রুবিডিয়াম মাইক্রোওয়েভ রূপান্তর এবং অন্যান্য অপটিক্যাল রূপান্তরের (নিরপেক্ষ পরমাণু ও একক আবদ্ধ আয়নসহ) ফ্রিকোয়েন্সি মান ও সংশ্লিষ্ট মানক অনিশ্চয়তা অন্তর্ভুক্ত রয়েছে। এসব গৌণ ফ্রিকোয়েন্সি মানদণ্ড -এর এক অংশ পর্যন্ত নির্ভুল হতে পারে; তবে তালিকাভুক্ত অনিশ্চয়তা সাধারণত –-এর এক অংশ। এর কারণ হলো যে কেন্দ্রীয় সিজিয়াম মানদণ্ডের বিপরীতে গৌণ মানদণ্ডগুলো ক্যালিব্রেট করা হয়, তার অনিশ্চয়তা –-এর এক অংশ।

প্রাথমিক ফ্রিকোয়েন্সি মানদণ্ড জাতীয় গবেষণাগারে ব্যবহৃত অন্যান্য ঘড়ির ফ্রিকোয়েন্সি ক্যালিব্রেশনে ব্যবহৃত হতে পারে। এগুলো সাধারণত বাণিজ্যিক সিজিয়াম ঘড়ি, যেগুলোর দীর্ঘমেয়াদি ফ্রিকোয়েন্সি স্থিতিশীলতা খুবই ভালো এবং কয়েক মাস ধরে -এর এক অংশের চেয়েও ভালো স্থিতিশীলতা বজায় রাখতে পারে। প্রাথমিক মানদণ্ড ফ্রিকোয়েন্সির অনিশ্চয়তা প্রায় -এর এক অংশ।

হাইড্রোজেন মেজার—যা পারমাণবিক হাইড্রোজেনের ১.৪&nbsp;গিগাহার্টজ হাইপারফাইন রূপান্তরের উপর নির্ভরশীল—সময় মেট্রোলজি গবেষণাগারগুলোতেও ব্যবহৃত হয়। স্বল্পমেয়াদি ফ্রিকোয়েন্সি স্থিতিশীলতার ক্ষেত্রে মেজার যেকোনো বাণিজ্যিক সিজিয়াম ঘড়িকে অতিক্রম করে। অতীতে, এক দিনের কম সময়ব্যাপী স্থির রেফারেন্স প্রয়োজন এমন সব ক্ষেত্রে এই যন্ত্রগুলো ব্যবহৃত হয়েছে (কয়েক ঘণ্টার গড় সময়ের জন্য প্রায় ১০-এর এক অংশ ফ্রিকোয়েন্সি স্থিতিশীলতা)। যেহেতু কিছু সক্রিয় হাইড্রোজেন মেজারের ফ্রিকোয়েন্সি সময়ের সাথে সামান্য কিন্তু পূর্বানুমেয় হারে সরে যায়, তাই আন্তর্জাতিক পারমাণবিক সময় বাস্তবায়নকারী BIPM-এর বাণিজ্যিক ঘড়ির সমষ্টিতে এগুলো একটি গুরুত্বপূর্ণ উপাদানে পরিণত হয়েছে।
### উপগ্রহের সাথে সমকালায়ন
BIPM-এর সাথে সমন্বয়ে পরিচালিত মেট্রোলজি গবেষণাগারের ঘড়ির সময়-পাঠ অত্যন্ত নির্ভুলভাবে জানা প্রয়োজন। কিছু কার্যক্রমে হাজার হাজার কিলোমিটার দূরত্বে অবস্থিত পারমাণবিক ঘড়িগুলোর সমকালায়ন প্রয়োজন হয়। গ্লোবাল ন্যাভিগেশনাল স্যাটেলাইট সিস্টেম (GNSS) সময় স্থানান্তরের সমস্যার একটি সন্তোষজনক সমাধান প্রদান করে। পারমাণবিক ঘড়ি ব্যবহার করে যুক্তরাষ্ট্রের গ্লোবাল পজিশনিং সিস্টেম (GPS), রাশিয়ান ফেডারেশনের গ্লোবাল ন্যাভিগেশন স্যাটেলাইট সিস্টেম (GLONASS), ইউরোপীয় ইউনিয়নের গ্যালিলিও ব্যবস্থা এবং চীনের বেইদৌ ব্যবস্থা-এ সময় সংকেত সম্প্রচার করা হয়।

সঠিকভাবে নির্ধারিত অবস্থানসহ একটি গ্রহণযন্ত্রযুক্ত মেট্রোলজি গবেষণাগারে একটি উপগ্রহ থেকে প্রাপ্ত সংকেত ব্যবহার করে স্থানীয় সময়মাত্রা এবং GNSS ব্যবস্থার সময়ের পার্থক্য প্রায় ১৫ মিনিট গড় হিসেবে নিলে কয়েক ন্যানোসেকেন্ড অনিশ্চয়তার মধ্যে নির্ধারণ করা যায়। গ্রহণযন্ত্রগুলো একাধিক উপগ্রহের সংকেত একযোগে গ্রহণ করতে পারে এবং দুটি ফ্রিকোয়েন্সিতে প্রেরিত সংকেত ব্যবহার করে। আরও বেশি উপগ্রহ উৎক্ষেপণ ও কার্যক্রম শুরু করলে সময় পরিমাপ আরও নির্ভুল হবে।

এই সময়-তুলনা পদ্ধতিগুলোতে কয়েক ন্যানোসেকেন্ড মাত্রার বিশেষ আপেক্ষিকতাবাদ ও সাধারণ আপেক্ষিকতাবাদ-এর প্রভাবের জন্য সংশোধন প্রয়োগ করতে হয়।

২০১৫ সালের জুন মাসে, যুক্তরাজ্যের টেডিংটনে অবস্থিত ন্যাশনাল ফিজিক্যাল ল্যাবরেটরি (NPL); প্যারিস মানমন্দিরের সময়-স্থান রেফারেন্স সিস্টেম বিভাগ (LNE-SYRTE); জার্মানির ব্রাউনশভাইগে অবস্থিত জার্মান ন্যাশনাল মেট্রোলজি ইনস্টিটিউট (PTB); এবং ইতালির তুরিনে অবস্থিত ইস্তিতুতো নাজিওনালে দি রিচের্কা মেট্রোলজিকা (INRiM) গবেষণাগার উপগ্রহ তুলনার নির্ভুলতা ১০ গুণ বাড়ানোর লক্ষ্যে পরীক্ষা শুরু করে, যদিও তা এখনও -এর এক অংশে সীমাবদ্ধ থাকবে। এই চারটি ইউরোপীয় গবেষণাগার বিভিন্ন উপাদান ও ভিন্ন ভিন্ন পরীক্ষামূলক বিন্যাসে নির্মিত একাধিক পরীক্ষামূলক অপটিক্যাল ঘড়ি উন্নয়ন ও পরিচালনা করছে। তারা নিজেদের অপটিক্যাল ঘড়িগুলো পরস্পরের সাথে তুলনা করে সেগুলোর মধ্যে সামঞ্জস্য রয়েছে কি না তা যাচাই করতে চায়।
### আন্তর্জাতিক সময়রক্ষণ

জাতীয় গবেষণাগারগুলো সাধারণত বিভিন্ন ধরনের ঘড়ি পরিচালনা করে। এগুলো একে অপরের থেকে স্বাধীনভাবে পরিচালিত হয় এবং কখনও কখনও তাদের পরিমাপ একত্রিত করে এমন একটি সময়মাত্রা তৈরি করা হয় যা পৃথকভাবে অবদান রাখা যেকোনো একটি ঘড়ির তুলনায় আরও স্থিতিশীল ও আরও নির্ভুল। এই সময়মাত্রা গবেষণাগারের ভিন্ন ভিন্ন ঘড়ির মধ্যে সময়-তুলনার সুযোগ করে দেয়। এসব পারমাণবিক সময়মাত্রাকে সাধারণত গবেষণাগার k-এর জন্য TA(k) বলা হয়।

সমন্বিত সর্বজনীন সময় (UTC) বিশ্বজুড়ে জাতীয় গবেষণাগারের ঘড়িগুলোর তুলনার ফলাফল, যার সাথে প্রয়োজনে অধিবর্ষ সেকেন্ড যোগ করা হয়। এটি আন্তর্জাতিক পারমাণবিক সময় (TAI)-এর উপর ভিত্তি করে। TAI হলো প্রায় ৮০টি সময় প্রতিষ্ঠান থেকে প্রাপ্ত প্রায় ৪৫০টি ঘড়ির ওজনযুক্ত গড়। TAI-এর আপেক্ষিক স্থিতিশীলতা প্রায় -এর এক অংশ।

TAI প্রকাশের আগে ফলাফলের ফ্রিকোয়েন্সি বিভিন্ন প্রাথমিক ও গৌণ ফ্রিকোয়েন্সি মানদণ্ডের সাথে এসআই সেকেন্ডের তুলনায় মিলিয়ে দেখা হয়। এর জন্য প্রাথমিক মানদণ্ডের অবস্থানের উপর ভিত্তি করে আপেক্ষিকতাবাদী সংশোধন প্রয়োগ করতে হয়, যা সমগুরুত্ব সম্ভাবনা পৃষ্ঠ এবং পৃথিবীর ঘূর্ণায়মান জিওয়েড-এর মধ্যকার দূরত্বের উপর নির্ভরশীল। ঘূর্ণায়মান জিওয়েড ও TAI-এর মান প্রতি মাসে সামান্য পরিবর্তিত হয় এবং সেগুলো BIPM Circular T প্রকাশনা-তে উপলভ্য। বিশ্বজুড়ে পারমাণবিক ঘড়ির গড় নির্ণয় করার জন্য TAI সময়মাত্রা কয়েক সপ্তাহ বিলম্বে প্রকাশ করা হয়।

দৈনন্দিন সময়রক্ষণে TAI সরাসরি বিতরণ করা হয় না। পরিবর্তে, পৃথিবীর ঘূর্ণনের সংশোধনের জন্য একটি পূর্ণসংখ্যক অধিবর্ষ সেকেন্ড যোগ বা বিয়োগ করা হয়, যার ফলে UTC তৈরি হয়। অধিবর্ষ সেকেন্ডের সংখ্যা এমনভাবে পরিবর্তিত হয় যাতে প্রধান মধ্যরেখা (গ্রিনিচ)-এ গড় সৌর মধ্যাহ্ন UTC মধ্যাহ্ন থেকে ০.৯ সেকেন্ডের বেশি বিচ্যুত না হয়।

জাতীয় মেট্রোলজি প্রতিষ্ঠানগুলো UTC-এর একটি সন্নিকট মান বজায় রাখে, যা গবেষণাগার k-এর জন্য UTC(k) নামে পরিচিত। UTC(k) নির্ধারণ করে BIPM-এর সময় ও ফ্রিকোয়েন্সি বিষয়ক পরামর্শক কমিটি। UTC-UTC(k) পার্থক্য প্রতি ৫ দিনে গণনা করা হয় এবং ফলাফল মাসিকভাবে প্রকাশিত হয়। পারমাণবিক ঘড়ি UTC(k) সর্বোচ্চ ১০০ ন্যানোসেকেন্ড পর্যন্ত নির্ভুলতায় রেকর্ড করে। কিছু দেশে UTC(k) হলো আইনগত সময়, যা রেডিও, টেলিভিশন, টেলিফোন, ইন্টারনেট, ফাইবার-অপটিক কেবল, সময় সংকেত প্রেরক এবং কথ্য ঘড়ির মাধ্যমে বিতরণ করা হয়। এছাড়া GNSS কয়েক দশ ন্যানোসেকেন্ড বা তার চেয়েও ভালো নির্ভুলতায় সময় তথ্য সরবরাহ করে।
### ফাইবার অপটিকস
পরবর্তী পর্যায়ে, এসব গবেষণাগার দৃশ্যমান বর্ণালিতে তুলনামূলক সংকেত ফাইবার-অপটিক কেবলের মাধ্যমে প্রেরণের চেষ্টা করছে। এর ফলে তাদের পরীক্ষামূলক অপটিক্যাল ঘড়িগুলোর তুলনা এমন নির্ভুলতায় করা সম্ভব হবে, যা অপটিক্যাল ঘড়িগুলোর প্রত্যাশিত নির্ভুলতার সমতুল্য। কিছু গবেষণাগার ইতোমধ্যে ফাইবার-অপটিক সংযোগ স্থাপন করেছে এবং প্যারিস–টেডিংটন ও প্যারিস–ব্রাউনশভাইগ অংশে পরীক্ষা শুরু হয়েছে। পরীক্ষামূলক অপটিক্যাল ঘড়ির মধ্যে ফাইবার-অপটিক সংযোগ যুক্তরাষ্ট্রের ন্যাশনাল ইনস্টিটিউট অব স্ট্যান্ডার্ডস অ্যান্ড টেকনোলজি (NIST) গবেষণাগার এবং তার অংশীদার গবেষণাগার জিলা-এর মধ্যেও রয়েছে; উভয়ই বোল্ডার, কলোরাডো-তে অবস্থিত। তবে এগুলোর দূরত্ব ইউরোপীয় নেটওয়ার্কের তুলনায় অনেক কম এবং কেবল দুটি গবেষণাগারের মধ্যে সীমাবদ্ধ। PTB-এর পদার্থবিজ্ঞানী ফ্রিটজ রিলে-র মতে, “ইউরোপ একটি অনন্য অবস্থানে রয়েছে, কারণ এখানে বিশ্বের সেরা ঘড়িগুলোর ঘনত্ব বেশি।”

২০১৬ সালের আগস্টে প্যারিসের ফরাসি LNE-SYRTE এবং ব্রাউনশভাইগের জার্মান PTB প্যারিস ও ব্রাউনশভাইগে অবস্থিত দুটি সম্পূর্ণ স্বাধীন পরীক্ষামূলক স্ট্রনটিয়াম ল্যাটিস অপটিক্যাল ঘড়ির তুলনা ও সামঞ্জস্যের প্রতিবেদন প্রকাশ করে। নতুনভাবে স্থাপিত একটি ফেজ-সঙ্গতিপূর্ণ ফ্রিকোয়েন্সি সংযোগের মাধ্যমে, যা  টেলিযোগাযোগ ফাইবার-অপটিক কেবল ব্যবহার করে প্যারিস ও ব্রাউনশভাইগকে সংযুক্ত করে, তারা  অনিশ্চয়তায় এই তুলনা সম্পন্ন করে। পুরো সংযোগের ভগ্নাংশ অনিশ্চয়তা  হিসেবে নিরূপিত হয়, যা আরও অধিক নির্ভুল ঘড়ির তুলনা সম্ভব করে তোলে।

২০২১ সালে NIST বোল্ডার, কলোরাডো-তে অবস্থিত NIST গবেষণাগার, তার অংশীদার জিলা গবেষণাগার এবং ইউনিভার্সিটি অব কলোরাডো-তে অবস্থিত প্রায়  দূরত্বে অবস্থিত একাধিক পরীক্ষামূলক পারমাণবিক ঘড়ি থেকে সংকেত প্রেরণের তুলনা করে। বায়ুমণ্ডল ও ফাইবার-অপটিক কেবলের মাধ্যমে এই তুলনা  নির্ভুলতায় সম্পন্ন হয়।
## মাইক্রোওয়েভ পারমাণবিক ঘড়ি

### সিজিয়াম

এসআই সেকেন্ড সংজ্ঞায়িত করা হয় সিজিয়াম-১৩৩ পরমাণুর অপরিবর্তিত ভূমি-অবস্থার নির্দিষ্ট সংখ্যক হাইপারফাইন স্থানান্তর দ্বারা। সুতরাং সিজিয়াম মানকে প্রাথমিক সময় ও কম্পাঙ্ক মান হিসেবে গণ্য করা হয়।

সিজিয়াম ঘড়ির মধ্যে রয়েছে এনআইএসটি-এফ১ ঘড়ি, যা ১৯৯৯ সালে উন্নয়ন করা হয়, এবং এনআইএসটি-এফ২ ঘড়ি, যা ২০১৩ সালে উন্নয়ন করা হয়।

সিজিয়ামের এমন কয়েকটি বৈশিষ্ট্য রয়েছে যা এটিকে পারমাণবিক ঘড়ির জন্য একটি উপযুক্ত পছন্দ করে তোলে। যেখানে একটি হাইড্রোজেন পরমাণু কক্ষ তাপমাত্রায় ১,৬০০&nbsp;m/s বেগে চলাচল করে এবং একটি নাইট্রোজেন পরমাণু ৫১০&nbsp;m/s বেগে চলাচল করে, সেখানে অধিক ভরের কারণে একটি সিজিয়াম পরমাণু তুলনামূলকভাবে অনেক ধীরগতিতে, প্রায় ১৩০&nbsp;m/s বেগে চলাচল করে। সিজিয়ামের হাইপারফাইন কম্পাঙ্ক (~9.19&nbsp;GHz) রুবিডিয়াম (~6.8&nbsp;GHz) এবং হাইড্রোজেন (~1.4&nbsp;GHz)-এর মতো অন্যান্য মৌলের তুলনায়ও বেশি। সিজিয়ামের উচ্চ কম্পাঙ্ক অধিক নির্ভুল পরিমাপের সুযোগ প্রদান করে। জাতীয় মানের জন্য উপযুক্ত সিজিয়াম রেফারেন্স টিউব বর্তমানে প্রায় সাত বছর স্থায়ী হয় এবং এর মূল্য প্রায় US$35,000। যুক্তরাষ্ট্রের সময় মানের মতো প্রাথমিক কম্পাঙ্ক ও সময় মানদণ্ডের পারমাণবিক ঘড়ি, এনআইএসটি-এফ১ এবং এনআইএসটি-এফ২, অনেক বেশি শক্তি ব্যবহার করে।
#### ব্লক চিত্র
একটি সিজিয়াম বিম কম্পাঙ্ক রেফারেন্সে, সময় সংকেত একটি উচ্চ স্থিতিশীলতার ভোল্টেজ-নিয়ন্ত্রিত কোয়ার্টজ স্ফটিক দোলক (VCXO) থেকে উৎপন্ন হয়, যা সংকীর্ণ পরিসরের মধ্যে সমন্বয়যোগ্য। VCXO-এর আউটপুট কম্পাঙ্ক (সাধারণত ৫&nbsp;MHz) একটি ফ্রিকোয়েন্সি সিন্থেসাইজার দ্বারা গুণিত হয়ে সিজিয়াম পরমাণুর হাইপারফাইন স্থানান্তর-এর কম্পাঙ্কে (প্রায় ) মাইক্রোওয়েভ উৎপন্ন করে। ফ্রিকোয়েন্সি সিন্থেসাইজারের আউটপুট পরিবর্ধিত করে সিজিয়াম গ্যাসসমৃদ্ধ একটি চেম্বারে প্রয়োগ করা হয়, যা মাইক্রোওয়েভ শোষণ করে। শোষণ বৃদ্ধি পেলে সিজিয়াম চেম্বারের আউটপুট প্রবাহও বৃদ্ধি পায়।

অবশিষ্ট বর্তনী VCXO-এর কার্যকর কম্পাঙ্ক এমনভাবে সমন্বয় করে যাতে সিজিয়াম চেম্বারের আউটপুট প্রবাহ সর্বাধিক হয়; এর ফলে দোলকটি হাইপারফাইন স্থানান্তরের অনুরণন কম্পাঙ্কে সুরে থাকে।
### রুবিডিয়াম

বিআইপিএম সিজিয়াম মান কম্পাঙ্কের পরিপ্রেক্ষিতে রুবিডিয়াম-৮৭ পরমাণুর অপরিবর্তিত ভূমি-অবস্থার হাইপারফাইন স্থানান্তর কম্পাঙ্ক; ; সংজ্ঞায়িত করে। সুতরাং রুবিডিয়াম মানের উপর ভিত্তি করে নির্মিত পারমাণবিক ঘড়িগুলোকে সেকেন্ডের গৌণ উপস্থাপনা হিসেবে গণ্য করা হয়।

রুবিডিয়াম পারমাণবিক ঘড়ির সুবিধার মধ্যে রয়েছে এর স্বল্প ব্যয়, ক্ষুদ্র আকার (বাণিজ্যিক মানের আকার  পর্যন্ত ছোট) এবং স্বল্পমেয়াদি স্থিতিশীলতা। এগুলো বহু বাণিজ্যিক, বহনযোগ্য এবং মহাকাশ-সংক্রান্ত প্রয়োগে ব্যবহৃত হয়। আধুনিক রুবিডিয়াম মান টিউব দশ বছরেরও বেশি স্থায়ী হয় এবং এর মূল্য প্রায় US$50 পর্যন্ত কম হতে পারে। কিছু বাণিজ্যিক প্রয়োগে একটি রুবিডিয়াম মানকে পর্যায়ক্রমে একটি গ্লোবাল পজিশনিং সিস্টেম গ্রাহকের মাধ্যমে সংশোধন করা হয় (দেখুন জিপিএস শৃঙ্খলিত দোলক)। এর ফলে উৎকৃষ্ট স্বল্পমেয়াদি নির্ভুলতা অর্জিত হয়, এবং দীর্ঘমেয়াদি নির্ভুলতা যুক্তরাষ্ট্রের জাতীয় সময় মানের সমান (এবং তার সঙ্গে অনুসরণযোগ্য) হয়।
### হাইড্রোজেন

বিআইপিএম সিজিয়াম মান কম্পাঙ্কের পরিপ্রেক্ষিতে হাইড্রোজেন-১ নিরপেক্ষ পরমাণুর অপরিবর্তিত অপটিক্যাল স্থানান্তর কম্পাঙ্ক; ; সংজ্ঞায়িত করে। সুতরাং হাইড্রোজেন মানের উপর ভিত্তি করে নির্মিত পারমাণবিক ঘড়িগুলোকে সেকেন্ডের গৌণ উপস্থাপনা হিসেবে গণ্য করা হয়।

হাইড্রোজেন মেসার অন্যান্য মানের তুলনায় উৎকৃষ্ট স্বল্পমেয়াদি স্থিতিশীলতা প্রদান করে, তবে দীর্ঘমেয়াদি নির্ভুলতা তুলনামূলকভাবে কম। সময়ের সাথে সাথে গহ্বরের বৈশিষ্ট্যের পরিবর্তনের কারণে হাইড্রোজেন মেসার মানের দীর্ঘমেয়াদি স্থিতিশীলতা হ্রাস পায়। হাইড্রোজেন মেসারের আপেক্ষিক ত্রুটি ১০০০ সেকেন্ড সময়পর্বে 5 × 10−16। এর ফলে হাইড্রোজেন মেসার রেডিও জ্যোতির্বিজ্ঞান-এ, বিশেষত অত্যন্ত দীর্ঘ বেসলাইন অন্তর্বীক্ষণ-এ উপযোগী।

হাইড্রোজেন মেসার লেজার-শীতলীকৃত পারমাণবিক কম্পাঙ্ক মানদণ্ডে ফ্লাইহুইল দোলক হিসেবে এবং জাতীয় মান গবেষণাগার থেকে সময় সংকেত সম্প্রচারে ব্যবহৃত হয়, যদিও সময়ের সাথে সঠিক কম্পাঙ্ক থেকে সরে যাওয়ার কারণে এগুলোকে সংশোধন করতে হয়। হাইড্রোজেন মেসার বিশেষ আপেক্ষিকতা এবং সাধারণ আপেক্ষিকতা-এর প্রভাব, যেমন মহাকর্ষীয় লোহিতসরণ, পরীক্ষামূলকভাবে যাচাই করতেও উপযোগী।
## অন্যান্য ধরনের পারমাণবিক ঘড়ি
### নিউক্লীয় ঘড়ির ধারণা

পারমাণবিক ঘড়ির কার্যক্ষমতা উন্নত করার একটি তাত্ত্বিক সম্ভাবনা হলো বর্তমান পারমাণবিক ঘড়িতে পরিমাপ করা পারমাণবিক ইলেকট্রন স্থানান্তর-এর পরিবর্তে একটি *নিউক্লীয়* শক্তি স্থানান্তর (বিভিন্ন নিউক্লীয় সমাবস্থা-এর মধ্যে) ব্যবহার করা। অধিকাংশ নিউক্লীয় স্থানান্তর অত্যন্ত উচ্চ কম্পাঙ্কে ঘটে, যা পরিমাপ করা কঠিন। তবে -এর ব্যতিক্রমীভাবে নিম্ন উদ্দীপন শক্তি অতিবেগুনি কম্পাঙ্ক পরিসরে "গামা রশ্মি" উৎপন্ন করে। ২০০৩ সালে একহার্ড পেইক এবং ক্রিশ্চিয়ান টাম উল্লেখ করেন যে বর্তমান অপটিক্যাল কম্পাঙ্ক-পরিমাপ প্রযুক্তি ব্যবহার করে একটি ঘড়ি নির্মাণ সম্ভব হতে পারে। ২০১২ সালে দেখানো হয় যে একটি একক  আয়নের উপর ভিত্তি করে নির্মিত একটি নিউক্লীয় ঘড়ি মোট ভগ্নাংশীয় কম্পাঙ্ক অনিশ্চয়তা  প্রদান করতে পারে, যা ২০১৯ সালের বিদ্যমান অপটিক্যাল পারমাণবিক ঘড়ি প্রযুক্তির তুলনায় উন্নত। যদিও একটি নির্ভুল ঘড়ি এখনো বাস্তবায়িত তাত্ত্বিক সম্ভাবনা হিসেবেই রয়ে গেছে, ২০১০-এর দশকে স্থানান্তর শক্তি পরিমাপের প্রচেষ্টা ২০২৪ সালে অপটিক্যাল কম্পাঙ্ক যথেষ্ট নির্ভুলতার সঙ্গে ( = ) পরিমাপের মাধ্যমে এমন পর্যায়ে পৌঁছেছে যে এখন একটি পরীক্ষামূলক অপটিক্যাল নিউক্লীয় ঘড়ি নির্মাণ করা সম্ভব।

যদিও নিরপেক্ষ  পরমাণু অভ্যন্তরীণ রূপান্তর প্রক্রিয়ায় মাইক্রোসেকেন্ডের মধ্যে ক্ষয়প্রাপ্ত হয়,  আয়নে এই পথটি শক্তিগতভাবে নিষিদ্ধ, কারণ দ্বিতীয় ও তদূর্ধ্ব আয়নীকরণ শক্তি নিউক্লীয় উদ্দীপন শক্তির চেয়ে বেশি; ফলে  আয়নের অর্ধায়ু  মাত্রার হয়। স্থানান্তর কম্পাঙ্ক ও সমাবস্থার অর্ধায়ুর মধ্যে বৃহৎ অনুপাত ঘড়িটিকে উচ্চ গুণাঙ্ক প্রদান করে।

একটি নিউক্লীয় শক্তি স্থানান্তর নিম্নলিখিত সম্ভাব্য সুবিধা প্রদান করতে পারে:
# উচ্চতর কম্পাঙ্ক। অন্যান্য সব বিষয় সমান থাকলে, উচ্চতর কম্পাঙ্কের স্থানান্তর সাধারণ পরিসংখ্যানগত কারণে অধিক স্থিতিশীলতা প্রদান করে (অস্থিরতা অধিক চক্রের উপর গড় হয়)।
# পরিবেশগত প্রভাবের প্রতি সংবেদনশীলতা কম। ক্ষুদ্র আকার ও পরিবেষ্টিত ইলেকট্রনের আবরণী প্রভাবের কারণে একটি পরমাণুর নিউক্লিয়াস কক্ষপথস্থ ইলেকট্রনের তুলনায় পরিবেষ্টিত তড়িৎচৌম্বক ক্ষেত্রের প্রতি অনেক কম সংবেদনশীল।
# অধিক সংখ্যক পরমাণু। পরিবেষ্টিত ক্ষেত্রের প্রতি কম সংবেদনশীলতার কারণে পাতলা গ্যাসে ঘড়ির পরমাণুগুলোকে ভালোভাবে পৃথক রাখা প্রয়োজন হয় না। বর্তমান পরিমাপসমূহ মোসবাওয়ার প্রভাব ব্যবহার করে এবং থোরিয়াম আয়নকে একটি কঠিন মাধ্যমে স্থাপন করে, যার ফলে কোটি কোটি পরমাণুকে একযোগে অনুসন্ধান করা সম্ভব হয়।
## সেকেন্ডের পুনঃসংজ্ঞায়িত করার সম্ভাবনা
২০২২ সালে সেকেন্ডের সবচেয়ে ভালো উপলব্ধি (realisation) করা হয়েছে সিজিয়াম প্রাইমারি স্ট্যান্ডার্ড ঘড়িগুলোর মাধ্যমে, যেমন— IT-CsF2, NIST-F2, NPL-CsF2, PTB-CSF2, SU–CsFO2 বা SYRTE-FO2। এই ঘড়িগুলো একটি ম্যাগনেটো-অপটিক ট্র্যাপে (magneto-optic trap) সিজিয়াম পরমাণুর একটি মেঘকে লেজার-কুলিংয়ের মাধ্যমে মাইক্রোকেলভিন তাপমাত্রায় শীতল করে কাজ করে। এরপর লেজার রশ্মির মাধ্যমে এই শীতল পরমাণুগুলোকে উল্লম্বভাবে নিক্ষেপ করা হয়। 

[Image of a magneto-optical trap]
 এরপর পরমাণুগুলো একটি মাইক্রোওয়েভ ক্যাভিটির (microwave cavity) মধ্যে র‍্যামজি এক্সাইটেশনের (Ramsey excitation) মধ্য দিয়ে যায়।  উত্তেজিত পরমাণুর অংশটি তখন লেজার রশ্মির সাহায্যে শনাক্ত করা হয়। এই ঘড়িগুলোর সিস্টেমেটিক অনিশ্চয়তা হলো , যা প্রতিদিন ৫০ পিকোসেকেন্ডের সমান। বিশ্বজুড়ে থাকা বেশ কয়েকটি পারমাণবিক ফাউন্টেনের একটি সিস্টেম আন্তর্জাতিক পারমাণবিক সময় (TAI) নির্ধারণে অবদান রাখে। এই সিজিয়াম ঘড়িগুলো আলোকীয় কম্পাঙ্ক (optical frequency) পরিমাপের ভিত্তি হিসেবেও কাজ করে।

অপটিক্যাল ঘড়ির সুবিধা এই বক্তব্যের মাধ্যমে ব্যাখ্যা করা যেতে পারে যে অস্থিতিশীলতা \sigma\propto \frac{\Delta f}{f} \frac{1}{S/N}, যেখানে \sigma হলো অস্থিতিশীলতা, f হলো কম্পাঙ্ক এবং *S*/*N* হলো সংকেত ও নয়েজের অনুপাত (signal-to-noise ratio)। এর ফলে নিম্নোক্ত সমীকরণটি পাওয়া যায়: \sigma(\tau)=\frac{1}{2 \pi f \sqrt{N T_{int} \tau}}।

অপটিক্যাল ঘড়িগুলো আয়ন বা পরমাণুর নিষিদ্ধ আলোকীয় রূপান্তরের (forbidden optical transitions) ওপর ভিত্তি করে তৈরি। এদের কম্পাঙ্ক প্রায়  এবং প্রাকৃতিক রেখাপ্রস্থ (linewidth) \Delta f সাধারণত ১ হার্টজ হয়, তাই এর কিউ-ফ্যাক্টর (Q-factor) প্রায়  বা তারও বেশি। মাইক্রোওয়েভ ঘড়ির তুলনায় এগুলোর স্থায়িত্ব অনেক বেশি, যার অর্থ এগুলো নিম্নতর অনিশ্চয়তা মূল্যায়নে সহায়তা করতে পারে। এগুলোর সময়ের রেজোলিউশনও উন্নত, যার অর্থ ঘড়িটি দ্রুত "টিক" দেয়। অপটিক্যাল ঘড়িতে হয় একটি একক আয়ন অথবা – পরমাণু বিশিষ্ট একটি অপটিক্যাল ল্যাটিস ব্যবহার করা হয়। 

### রিডবার্গ ধ্রুবক
রিডবার্গ ধ্রুবকের ওপর ভিত্তি করে দেওয়া একটি সংজ্ঞায় এর মানকে একটি নির্দিষ্ট মানে স্থির করা প্রয়োজন: R_{\infty}=\frac{m_e e^4}{8 \varepsilon_0^2 h ^3 c}=\frac{m_e c \alpha^2}{2h}। রিডবার্গ ধ্রুবক নন-রিলেটিভিস্টিক সন্নিকর্ষ E_n \approx -\frac{R_{\infty} c h}{n^2}-এর মাধ্যমে একটি হাইড্রোজেন পরমাণুর শক্তির স্তর বর্ণনা করে।

রিডবার্গ ধ্রুবক স্থির করার একমাত্র কার্যকর উপায় হলো হাইড্রোজেনকে আটকে রাখা (trap) এবং শীতল করা। দুর্ভাগ্যবশত, এটি অত্যন্ত কঠিন কারণ হাইড্রোজেন অনেক হালকা এবং এর পরমাণুগুলো খুব দ্রুত গতিতে চলে, যা ডপলার শিফটের সৃষ্টি করে। হাইড্রোজেন শীতল করার জন্য প্রয়োজনীয় বিকিরণ —— তৈরি করাও কঠিন। আরেকটি বাধা হলো কোয়ান্টাম ইলেকট্রোডায়নামিক্স (QED) গণনার অনিশ্চয়তা দূর করা।

কনসালটেটিভ কমিটি ফর ইউনিটস (CCU)-এর ২৫তম সভার (২০২১) প্রতিবেদনে ২০২৬, ২০৩০ বা ২০৩৪ সালের দিকে সেকেন্ডের পুনঃসংজ্ঞায়নের জন্য ৩টি বিকল্প বিবেচনা করা হয়েছিল। প্রথম প্রস্তাবটি ছিল একটি একক পারমাণবিক রেফারেন্স রূপান্তরের ওপর ভিত্তি করে সংজ্ঞা। দ্বিতীয় প্রস্তাবটি ছিল কম্পাঙ্কের সংগ্রহের ওপর ভিত্তি করে সংজ্ঞা। তৃতীয় প্রস্তাবটি ছিল একটি মৌলিক ধ্রুবকের সাংখ্যিক মান স্থির করার ওপর ভিত্তি করে সংজ্ঞা, যেমন রিডবার্গ ধ্রুবককে সংজ্ঞার ভিত্তি করা। কমিটি সিদ্ধান্ত নিয়েছে যে তৃতীয় বিকল্পের মাধ্যমে সেকেন্ডকে পুনঃসংজ্ঞায়িত করার কোনো বাস্তবসম্মত উপায় নেই, কারণ বর্তমানে কোনো ভৌত ধ্রুবকের যথেষ্ট নির্ভুল মান জানা নেই যা দিয়ে সেকেন্ডের মান উপলব্ধি করা সম্ভব।

### প্রয়োজনীয়তা
সেকেন্ডের পুনঃসংজ্ঞায়নের জন্য অবশ্যই অপটিক্যাল ঘড়ির নির্ভরযোগ্যতা বৃদ্ধি করতে হবে। ইন্টারন্যাশনাল ব্যুরো অফ ওয়েটস অ্যান্ড মেজারস (BIPM) পুনঃসংজ্ঞায়নের বিষয়টি নিশ্চিত করার আগে অপটিক্যাল ঘড়িগুলোকে আন্তর্জাতিক পারমাণবিক সময়ে (TAI) অবদান রাখতে হবে। সেকেন্ড পুনঃসংজ্ঞায়িত করার আগে সিগন্যাল পাঠানোর একটি সুসংগত পদ্ধতি, যেমন ফাইবার-অপটিক্স, তৈরি করতে হবে।

### সেকেন্ডের গৌণ উপস্থাপনা
অন্যান্য পারমাণবিক ঘড়ির ক্রমবর্ধমান নির্ভুলতার কারণে এসআই সিজিয়াম মানক ছাড়াও সেকেন্ডের অন্যান্য উপস্থাপনার প্রয়োজনীয়তা দেখা দিয়েছে। বিশেষ করে অপটিক্যাল ঘড়ির উচ্চ কম্পাঙ্ক এবং ছোট রেখাপ্রস্থ উল্লেখযোগ্যভাবে উন্নত সিগন্যাল-টু-নয়েজ রেশিও এবং স্থায়িত্বের প্রতিশ্রুতি দেয়। আরও কিছু গৌণ উপস্থাপনা সেকেন্ডের ভবিষ্যতের পুনঃসংজ্ঞায়নের প্রস্তুতিতে সহায়ক হবে।

২০০৬ সাল থেকে ইন্টারন্যাশনাল ব্যুরো অফ ওয়েটস অ্যান্ড মেজারস (BIPM) সেকেন্ডের গৌণ উপস্থাপনার জন্য প্রস্তাবিত কম্পাঙ্কগুলোর একটি তালিকা সংরক্ষণ করছে এবং এটি অনলাইনে পাওয়া যায়। এই তালিকায় রুবিডিয়াম মাইক্রোওয়েভ রূপান্তর এবং বেশ কয়েকটি অপটিক্যাল রূপান্তরের জন্য কম্পাঙ্কের মান এবং সংশ্লিষ্ট মানক অনিশ্চয়তা রয়েছে। এই গৌণ কম্পাঙ্ক মানকগুলো  স্তরে নির্ভুল; তবে তালিকায় প্রদত্ত অনিশ্চয়তাগুলো  –  সীমার মধ্যে থাকে কারণ এগুলো বর্তমানে সিজিয়াম প্রাইমারি মানকের সাথে যুক্ত হওয়ার কারণে সীমাবদ্ধ, যা বর্তমানে (২০১৮) সেকেন্ডের সংজ্ঞা প্রদান করে।

একুশ শতকের পরীক্ষামূলক পারমাণবিক ঘড়িগুলো, যেগুলো সেকেন্ডের সিজিয়াম-বহির্ভূত গৌণ উপস্থাপনা প্রদান করে, সেগুলো এতটাই নির্ভুল হয়ে উঠছে যে এগুলো কেবল কম্পাঙ্ক ও সময় পরিমাপের বাইরেও অন্যান্য বিষয়ের অত্যন্ত সংবেদনশীল শনাক্তকারী (detector) হিসেবে ব্যবহৃত হওয়ার সম্ভাবনা রয়েছে। উদাহরণের জন্য বলা যায়, পারমাণবিক ঘড়ির কম্পাঙ্ক মাধ্যাকর্ষণ, চৌম্বক ক্ষেত্র, বৈদ্যুতিক ক্ষেত্র, বল, গতি, তাপমাত্রা এবং অন্যান্য ঘটনার দ্বারা সামান্য পরিবর্তিত হয়। পরীক্ষামূলক ঘড়িগুলোর উন্নতি অব্যাহত রয়েছে এবং এদের পারফরম্যান্সের শ্রেষ্ঠত্ব বিভিন্ন ধরনের পরীক্ষামূলক ঘড়ির মধ্যে পরিবর্তিত হচ্ছে।

বিষয়শ্রেণী:পারমাণবিক ঘড়ি
বিষয়শ্রেণী:সময় পরিমাপ
## প্রয়োগ
[thumb|জিপিএসে পারমাণবিক ঘড়ি এবং এর ব্যবহার, [বিল হ্যামাক কর্তৃক]]
পারমাণবিক ঘড়ির বিকাশ বহু বৈজ্ঞানিক ও প্রযুক্তিগত অগ্রগতির দিকে নিয়ে গেছে, যেমন অত্যন্ত নির্ভুল বৈশ্বিক ও আঞ্চলিক ন্যাভিগেশন স্যাটেলাইট ব্যবস্থা, এবং ইন্টারনেট-এ প্রয়োগ, যা কম্পাঙ্ক ও সময়ের মানদণ্ডের ওপর অত্যন্ত নির্ভরশীল। পারমাণবিক ঘড়ি সময় সংকেত রেডিও প্রেরণকারীর স্থাপনায় স্থাপিত থাকে। অত্যন্ত নির্ভুল বাহক কম্পাঙ্ক সরবরাহের জন্য কিছু দীর্ঘ-তরঙ্গ ও মধ্যম-তরঙ্গ সম্প্রচার কেন্দ্রেও এগুলি ব্যবহৃত হয়। দীর্ঘ-ভিত্তিক ইন্টারফেরোমেট্রি-র জন্য, বিশেষত রেডিও জ্যোতির্বিজ্ঞান-এ, পারমাণবিক ঘড়ি বহু বৈজ্ঞানিক শাখায় ব্যবহৃত হয়। 
### বৈশ্বিক ন্যাভিগেশন স্যাটেলাইট ব্যবস্থা
গ্লোবাল পজিশনিং সিস্টেম (জিপিএস), যা মার্কিন যুক্তরাষ্ট্র স্পেস ফোর্স দ্বারা পরিচালিত, অত্যন্ত নির্ভুল সময় ও কম্পাঙ্ক সংকেত প্রদান করে। একটি জিপিএস গ্রহণযন্ত্র ন্যূনতম চারটি, তবে সাধারণত আরও বেশি, জিপিএস উপগ্রহ থেকে প্রাপ্ত সংকেতের আপেক্ষিক সময় বিলম্ব পরিমাপ করে কাজ করে। প্রতিটি উপগ্রহে অন্তত দুটি সিজিয়াম এবং সর্বোচ্চ দুটি রুবিডিয়াম পারমাণবিক ঘড়ি স্থাপিত থাকে। এই আপেক্ষিক সময়গুলোকে গাণিতিকভাবে রূপান্তর করে তিনটি পরম স্থানিক স্থানাঙ্ক এবং একটি পরম সময় স্থানাঙ্ক নির্ণয় করা হয়। জিপিএস সময় (GPST) একটি ধারাবাহিক সময়মাত্রা এবং তাত্ত্বিকভাবে প্রায় ১৪ ন্যানোসেকেন্ড পর্যন্ত নির্ভুল। তবে অধিকাংশ গ্রহণযন্ত্র সংকেত ব্যাখ্যার ক্ষেত্রে নির্ভুলতা হারায় এবং সাধারণত প্রায় ১০০ ন্যানোসেকেন্ড পর্যন্ত নির্ভুল থাকে।

GPST, TAI (আন্তর্জাতিক পারমাণবিক সময়) এবং UTC (সমন্বিত সার্বজনীন সময়)-এর সাথে সম্পর্কিত হলেও ভিন্ন। GPST, TAI থেকে একটি ধ্রুব ব্যবধানে থাকে (TAI – GPST = ১৯ সেকেন্ড) এবং TAI-এর মতোই এটি লিপ সেকেন্ড প্রয়োগ করে না। উপগ্রহগুলোর অনবোর্ড ঘড়িকে স্থলভিত্তিক ঘড়ির সাথে সমলয় রাখতে নিয়মিত সংশোধন করা হয়। জিপিএস ন্যাভিগেশন বার্তায় GPST এবং UTC-এর পার্থক্য অন্তর্ভুক্ত থাকে। জুলাই ২০১৫ পর্যন্ত, ৩০ জুন ২০১৫-এ UTC-তে লিপ সেকেন্ড যোগ করার কারণে GPST, UTC-এর থেকে ১৭ সেকেন্ড এগিয়ে ছিল। UTC গণনার জন্য গ্রহণযন্ত্রগুলো জিপিএস সময় থেকে এই ব্যবধান বিয়োগ করে।

গ্লোবাল ন্যাভিগেশন স্যাটেলাইট সিস্টেম (গ্লোনাস), যা রুশ মহাকাশ প্রতিরক্ষা বাহিনী দ্বারা পরিচালিত, গ্লোবাল পজিশনিং সিস্টেম (জিপিএস)-এর একটি বিকল্প প্রদান করে এবং এটি বৈশ্বিক আচ্ছাদন ও তুলনীয় নির্ভুলতাসম্পন্ন দ্বিতীয় কার্যকর ন্যাভিগেশন ব্যবস্থা। গ্লোনাস সময় (GLONASST) গ্লোনাস কেন্দ্রীয় সমলয়কারক দ্বারা উৎপন্ন হয় এবং সাধারণত ১,০০০ ন্যানোসেকেন্ডের চেয়ে ভালো নির্ভুলতা প্রদান করে। জিপিএস-এর বিপরীতে, গ্লোনাস সময়মাত্রা UTC-এর মতো লিপ সেকেন্ড প্রয়োগ করে।

thumb|upright=1.2|ইএসএ গ্যালিলিও উপগ্রহে অনবোর্ড সময় নির্ধারণ ব্যবস্থার জন্য প্রধান ঘড়ি হিসেবে ব্যবহৃত স্পেস প্যাসিভ হাইড্রোজেন মেজার

গ্যালিলিও বৈশ্বিক ন্যাভিগেশন স্যাটেলাইট ব্যবস্থা পরিচালিত হয় ইউরোপীয় জিএনএসএস সংস্থা এবং ইউরোপীয় মহাকাশ সংস্থা দ্বারা। ১৫ ডিসেম্বর ২০১৬ তারিখে গ্যালিলিও বৈশ্বিক প্রাথমিক কার্যক্ষমতা (EOC) প্রদান শুরু করে, যা তৃতীয় এবং প্রথম অ-সামরিক পরিচালিত বৈশ্বিক ন্যাভিগেশন স্যাটেলাইট ব্যবস্থা। গ্যালিলিও সিস্টেম সময় (GST) একটি ধারাবাহিক সময়মাত্রা, যা ইতালির ফুচিনোতে অবস্থিত গ্যালিলিও নিয়ন্ত্রণ কেন্দ্রে নির্ভুল সময় নির্ধারণ সুবিধা দ্বারা স্থলভিত্তিকভাবে বিভিন্ন পারমাণবিক ঘড়ির গড়ের ওপর ভিত্তি করে উৎপন্ন হয়। এটি গ্যালিলিও কেন্দ্রীয় অংশ দ্বারা রক্ষণাবেক্ষণ করা হয় এবং ৫০ ন্যানোসেকেন্ডের কম নামমাত্র ব্যবধানে TAI-এর সাথে সমলয় করা হয়। ইউরোপীয় জিএনএসএস সংস্থার মতে, গ্যালিলিও ৩০ ন্যানোসেকেন্ড সময় নির্ভুলতা প্রদান করে।

২০১৮ সালের মার্চ মাসে প্রকাশিত ইউরোপীয় জিএনএসএস সার্ভিস সেন্টারের ত্রৈমাসিক কর্মক্ষমতা প্রতিবেদনে জানানো হয় যে, UTC সময় প্রচার সেবার নির্ভুলতা ছিল ≤&nbsp;৭.৬ ন্যানোসেকেন্ড। এটি পূর্ববর্তী ১২ মাসের নমুনা সঞ্চয়ের ভিত্তিতে গণনা করা হয়েছিল এবং ≤&nbsp;৩০ ন্যানোসেকেন্ড লক্ষ্যমাত্রাকে অতিক্রম করেছিল। প্রতিটি গ্যালিলিও উপগ্রহে অনবোর্ড সময় নির্ধারণের জন্য দুটি প্যাসিভ হাইড্রোজেন মেজার এবং দুটি রুবিডিয়াম পারমাণবিক ঘড়ি থাকে।

আন্তঃকার্যক্ষমতা উন্নীত করার জন্য গ্যালিলিও ন্যাভিগেশন বার্তায় GST, UTC এবং GPST-এর পার্থক্য অন্তর্ভুক্ত থাকে। ২০২১ সালের গ্রীষ্মে, ইউরোপীয় ইউনিয়ন ২০২৩ সাল থেকে শুরু হওয়া গ্যালিলিও উপগ্রহের দ্বিতীয় প্রজন্মের জন্য একটি প্যাসিভ হাইড্রোজেন মেজার বেছে নেয়, যার প্রত্যাশিত কার্যকাল প্রতিটি উপগ্রহে ১২ বছর। মেজারগুলোর দৈর্ঘ্য প্রায় ২ ফুট এবং ওজন প্রায় ৪০ পাউন্ড।

বেইদৌ-২/বেইদৌ-৩ স্যাটেলাইট ন্যাভিগেশন ব্যবস্থা পরিচালিত হয় চীন জাতীয় মহাকাশ প্রশাসন দ্বারা। বেইদৌ সময় (BDT) একটি ধারাবাহিক সময়মাত্রা, যা ১ জানুয়ারি ২০০৬ তারিখে ০:০০:০০ UTC থেকে শুরু হয় এবং UTC-এর সাথে ১০০ ন্যানোসেকেন্ডের মধ্যে সমলয় থাকে। ২০১১ সালের ডিসেম্বর মাসে ১০টি উপগ্রহ ব্যবহারের মাধ্যমে বেইদৌ চীনে কার্যক্রম শুরু করে, এবং ২০১২ সালের ডিসেম্বর মাসে এশিয়া-প্রশান্ত মহাসাগরীয় অঞ্চল-এ গ্রাহকদের সেবা প্রদান শুরু করে। ২৭ ডিসেম্বর ২০১৮ তারিখে বেইদৌ ন্যাভিগেশন স্যাটেলাইট সিস্টেম বৈশ্বিক সেবা প্রদান শুরু করে, যার ঘোষিত সময় নির্ভুলতা ছিল ২০ ন্যানোসেকেন্ড। বৈশ্বিক আচ্ছাদনের জন্য চূড়ান্ত, ৩৫তম, বেইদৌ-৩ উপগ্রহটি ২৩ জুন ২০২০ তারিখে কক্ষপথে উৎক্ষেপণ করা হয়।
#### পরীক্ষামূলক মহাকাশ ঘড়ি
২০১৫ সালের এপ্রিল মাসে, নাসা ঘোষণা করে যে তারা ডিপ স্পেস অ্যাটমিক ক্লক (DSAC), একটি ক্ষুদ্রায়িত ও অতিনির্ভুল পারদ-আয়ন পারমাণবিক ঘড়ি, মহাকাশে প্রেরণের পরিকল্পনা করেছে। নাসার মতে, DSAC অন্যান্য ন্যাভিগেশন ঘড়ির তুলনায় অনেক বেশি স্থিতিশীল হবে। ঘড়িটি সফলভাবে ২৫ জুন ২০১৯ তারিখে উৎক্ষেপণ করা হয়, ২৩ আগস্ট ২০১৯ তারিখে সক্রিয় করা হয় এবং দুই বছর পর ১৮ সেপ্টেম্বর ২০২১ তারিখে নিষ্ক্রিয় করা হয়।
#### সামরিক ব্যবহার
২০২২ সালে, ডারপা ঘোষণা করে যে জিপিএস উপগ্রহে প্রবেশাধিকার না থাকলে দীর্ঘ সময় ধরে অধিক নির্ভুলতা নিশ্চিত করার জন্য তারা মার্কিন সামরিক সময়নির্ধারণ ব্যবস্থা উন্নত করার উদ্যোগ নিয়েছে। এর লক্ষ্য হলো -এ ১ অংশ পর্যন্ত নির্ভুলতা অর্জন করা। রোবাস্ট অপটিক্যাল ক্লক নেটওয়ার্ক চার বছরের উন্নয়ন প্রক্রিয়ায় ব্যবহারযোগ্যতা ও নির্ভুলতার মধ্যে ভারসাম্য রক্ষা করবে।
### সময় সংকেত রেডিও প্রেরক

একটি রেডিও ঘড়ি হলো এমন একটি ঘড়ি যা একটি রেডিও রিসিভার দ্বারা গ্রহণকৃত রেডিও সময় সংকেতের মাধ্যমে স্বয়ংক্রিয়ভাবে নিজেকে সমলয় করে। কিছু নির্মাতা রেডিও ঘড়িকে পারমাণবিক ঘড়ি হিসেবে লেবেল করতে পারে, কারণ তারা যে রেডিও সংকেত গ্রহণ করে তা পারমাণবিক ঘড়ি থেকে উদ্ভূত। সাধারণ নিম্নমূল্যের ভোক্তা-স্তরের রিসিভার, যা অ্যাম্প্লিটিউড-মডুলেটেড সময় সংকেতের উপর নির্ভর করে, তাদের ব্যবহারিক নির্ভুলতার অনিশ্চয়তা ± 0.1 সেকেন্ড। এটি বহু ভোক্তা-প্রয়োগের জন্য যথেষ্ট। যন্ত্রমানের সময় রিসিভার অধিক নির্ভুলতা প্রদান করে। রেডিও ঘড়ির ক্ষেত্রে রেডিও প্রেরক থেকে প্রতি ৩০০ কিলোমিটার (১৮৬ মাইল) দূরত্বে প্রায় ১&nbsp;মি.সে. প্রচারণা বিলম্ব ঘটে। বহু সরকার সময়রক্ষণ উদ্দেশ্যে প্রেরক পরিচালনা করে।
### সাধারণ আপেক্ষিকতা
সাধারণ আপেক্ষিকতা পূর্বাভাস দেয় যে মহাকর্ষীয় ক্ষেত্রে গভীরে গেলে ঘড়ির টিক ধীরগতিতে চলে, এবং এই মহাকর্ষীয় রেডশিফট প্রভাব সুপ্রমাণিত। পারমাণবিক ঘড়ি ক্রমশ ক্ষুদ্রতর স্কেলে সাধারণ আপেক্ষিকতা পরীক্ষা করার ক্ষেত্রে কার্যকর। ১১ নভেম্বর ১৯৯৯ থেকে অক্টোবর ২০১৪ পর্যন্ত বারোটি পারমাণবিক ঘড়ি পর্যবেক্ষণের একটি প্রকল্পের ফলাফল আইনস্টাইনের সাধারণ আপেক্ষিকতার তত্ত্ব ক্ষুদ্র স্কেলেও সঠিক—এর আরও একটি প্রমাণ উপস্থাপন করে।

২০২১ সালে JILA-এর একদল বিজ্ঞানী ১০০ ন্যানোকেলভিনে শীতলীকৃত একটি স্ট্রনশিয়াম অপটিক্যাল ঘড়ি ব্যবহার করে, এক মিলিমিটার দূরত্বে পৃথক দুটি পরমাণুস্তরের মধ্যে মহাকর্ষীয় রেডশিফট-জনিত সময়প্রবাহের পার্থক্য  সেকেন্ড নির্ভুলতায় পরিমাপ করেন। এর কোয়ান্টাম প্রকৃতি এবং সময় যে একটি আপেক্ষিকতাবাদী রাশি—এই সত্যের পরিপ্রেক্ষিতে, পারমাণবিক ঘড়ি ব্যবহার করে একই সঙ্গে সাধারণ আপেক্ষিকতা ও কোয়ান্টাম বলবিদ্যা-এর প্রভাবে সময় কীভাবে পরিবর্তিত হয় তা পর্যবেক্ষণ করা যায়।
### আর্থিক ব্যবস্থা
পারমাণবিক ঘড়ি ক্রেতা ও বিক্রেতার মধ্যে লেনদেনের সঠিক রেকর্ড মিলিসেকেন্ড বা তারও কম নির্ভুলতায় সংরক্ষণ করে, বিশেষ করে উচ্চ-ফ্রিকোয়েন্সি লেনদেন-এ। বিশ্বব্যাপী বিপরীত প্রান্তে অবস্থানরত ব্যবসায়ীদের প্রতি ন্যায্যতা নিশ্চিত করার পাশাপাশি, আগাম অবৈধ লেনদেন প্রতিরোধ করতেও সঠিক সময়রক্ষণ প্রয়োজন। ২০১৮ সালে তৎকালীন প্রচলিত ব্যবস্থা এনটিপি কেবলমাত্র মিলিসেকেন্ড-স্তরের নির্ভুলতা প্রদান করত।
### পরিবহনযোগ্য অপটিক্যাল ঘড়ি
সবচেয়ে নির্ভুল অনেক অপটিক্যাল ঘড়ি আকারে বড় এবং কেবল বৃহৎ মেট্রোলজি পরীক্ষাগারেই উপলব্ধ। ফলে জিপিএস নির্ভুলতার জন্য পারমাণবিক ঘড়ি ব্যবহার করতে পারে—এমন সীমিত স্থানবিশিষ্ট কারখানা বা অন্যান্য শিল্প পরিবেশে এগুলো সহজে ব্যবহারযোগ্য নয়।

গবেষকেরা একটি স্ট্রনশিয়াম অপটিক্যাল ল্যাটিস ঘড়ি নকশা করেছেন, যা শীতাতপ-নিয়ন্ত্রিত গাড়ির ট্রেলারে পরিবহন করা যায়। তারা একটি স্থির ঘড়ির তুলনায়  আপেক্ষিক অনিশ্চয়তা অর্জন করেন।
## নির্মাতা
ইউটিসি অনুসরণে ব্যবহৃত পারমাণবিক ঘড়ির নির্মাতাদের মধ্যে রয়েছে মাইক্রোচিপ, টি৪সায়েন্স, আনরিতসু, মাইক্রোসেমি এবং এইচপি ইনক.।
## আরও দেখুন

* সিজিয়াম মানদণ্ড
* ঘড়ির বিচ্যুতি
* ডিক প্রভাব
* পারমাণবিক ঘড়ির তালিকা
* নেটওয়ার্ক টাইম প্রোটোকল
* অপটিক্যাল ঘড়ি
* মহাকাশে প্রাথমিক পারমাণবিক রেফারেন্স ঘড়ি
* পালসার ঘড়ি
* কথ্য ঘড়ি
* সময় মেট্রোলজি
* সময় স্থানান্তর
* লেজার শীতলীকরণ

## ব্যাখ্যামূলক টীকা

## তথ্যসূত্র