Zaman ölçümünde temel birim saniyedir. Saniye güneş gününün uzunluğuna bağlı olarak tarif edilmiştir.
Ancak ilmi çalışmalar için daha ileri bir hassasiyet gerekmektedir.
Atom saatinin esasını, atom ve moleküllerinin belirli frekanslarda enerji emerek veya yayarak, enerji alıp verebilecek duruma gelebilmeleri teşkil etmektedir.
Bir atom veya molekül sisteminden yüksek frekansta kararlı elektromanyetik dalgalar üreten ve maser adı verilen bu cihazlar üzerindeki çalışmalar 1940 yılında başlamıştır. 1949’da ABD’nin Milli Standartlar Bürosu, amonyak molekülünün özelliklerine bağlı olarak ilk saati imal etmiştir. 1955’te İngiltere’de, frekansı, saniyede 9.192.631.750 devir olan sezyum ışını kullanılarak atom saati yapılmıştır. Bu saatin hassasiyeti 1/1011 derecesinde olup, 1963 yılında milletlerarası zaman standardı olarak kabul edilmiştir.
1960 yılında ABD’de 1/1012 hassasiyetinde hidrojen ışın maseri geliştirilmiş olup, hassasiyeti 1/1014e yükseltmek için çalışmalar yapılmaktadır. 1/1014 hassasiyet üç milyon yılda bir saniyelik bir hataya karşılık gelmektedir.
Dünyanın en hassas saati, 1950’lerde bilimsel amaçlarla kullanılan atom saatlerinin yeni kuşağı. Atom saatleri, atomların titreşim frekanslarını ölçen cihazlar. Örneğin, caeseium atomunun elektronları iki enerji hali arasında saniyede 9.192.631.770 (9 milyar 192 milyon 631 bin 770) kere gidip geliyor. Bu titreşim ölçümü, saniyenin de tanımı sayılıyor, 1 saniye caesium atomunun 9 milyar 192 milyon 631 bin 770 kez titremesi için geçen zaman aralığı olarak tanımlanıyor.
Atom saatlerinin hassasiyeti günlük hayatta kullanılan kol saatlerinden biraz daha yüksek. Bu saatler 30 milyon yılda bir saniye atıyor. Ancak, bununla yetinmeyen bilim insanlarının daha hassas saat yapma arzusu yeni ve daha gelişmiş saatlerin önünü açıyor.
‘TİK-TAK’ SAYISINI ARTIR Almanya’nın önde gelen bilim kurumlarından Max Planck Enstitüsü uzmanlarından Thomas Udem, daha yüksek hassasiyet için, saatin ‘tik-tak’larını artırmak gerekeceğini belirtiyor. Bu teze göre, akan giden zamanı dilimlere bölen ‘tik-tak’ların sayısı arttıkça, ölçülen zaman daha ince dilimlere bölünecek. ‘Tik-tak’lar arasındaki zaman kısaldıkça da ölçüm hassasiyeti yükselecek. Zamanı daha kısa dilimlere ayırma kavramı, insanoğlunun güneş saatinden kum saatine, sarkaçlara ve gelişmiş teknoloji kronometrelere uzayan serüveninin de temelinde yatıyor. Çağdaş caesium saatleri, saniyede 9 milyar titreşim ölçebiliyor.
BİR GÜN BİLE UZUN KALIR Bilim insanları 1950’lerin caesium saatlerinden daha hassas saat arayışında ytterbium (Yb) ve strontium (Sr) gibi yeni elementleri değerlendiriyor. Strontium saniyede 429.228.004.229.952 (429 trilyon 228 milyar 4 milyon 229 bin 952) kez titriyor.
STRONTİUM TEMEL ALINACAK Strontium elementinden atom saati üretmenin iki yolu var, ya tek bir atomun titreşimleri sayılacak, ya da birden çok atom aynı anda sayılacak. Tek atom kullanmanın avantajı, tek atomu, titreşim frekansını bozan elektromanyetik alandan korumak daha kolay. Dezavantajı ise, bu derece yüksek bir frekansta tek bir atomun hareketliliğini ölçmek daha zor. Çok atomlu düzenekte ise, ölçüm kolaylaşırken, elektromanyetik alanın etkisinden dolayı ölçümün kesinliğinden yitiriliyor.
YUMURTA KUTUSU DÜZENEĞİ Tokyo Üniversitesi’nden Hidetoshi Katori, tekli ve çoklu atom düzeneklerinin avantajlarını birleştiren bir sistem geliştirdi. Katori, 6 lazer ışını kullanarak elektromanyetik dalgalar yaratıyor. Bu sistem her bir strontium atomunu tek tek destekleyen enerji kaynakları yaratıyor. Düzenek, yumurtaların taşınmasında kullanılan yumurta kutularını andırıyor. Her bir atom kendi yuvasında elektromanyetik dalgalardan korunuyor. Bu şekilde çoklu atom düzeneğinde dahi atomlar elektromanyetik dalgalardan etkilenmiyor.
Daha önce bu sisteme benzer sistemler yapılmış, fakat atomları koruması gereken lazerlerin titreşimi bozduğu görülmüştü. Katori, lazerlerin frekanslarını düzeneğin üst ve altını eşit derecede etkileyecek şekilde ayarladı. Bu şekilde lazerlerin titreşime etkisi sabitlendi. Katori’nin atom saati zamanı 10-18 kat hassasiyetinde ölçüyor. Diğer bir deyişle, 1018 saniyede bir saniye şaşıyor.
