Asi každý slyšel slovní spojení "atomové hodiny. Málokdo už ví, jak vlastně fungují. Často se tak nesprávně označují hodiny které jsou jen dálkově atomovými hodinami řízené nebo synchronizované (vysílač DCF 77, GPS signál, NTP server, ..). V některých lidech název evokuje dokonce představu jaderného reaktoru či "atomové bomby". Princip atomových hodin však nemá nic společného s jadernou reakcí. Hodiny téměř nejsou radioaktivní, používají se izotopy například Rubidium-87 ( jen zanedbatelně radioaktivní) či stabilní izotopy Cesium-133 , Vodík, Stroncium, Yterbium a Hliník.
Atomové hodiny jsou v současné době nejpřesnějším přístrojem, který měří čas. Jsou přesnější než normál odvozený z otáčení Země. Proto také byla změněna definice sekundy. Atomové hodiny, které dříve zabraly celou místnost se dnes vejdou do hodinek. Existuje více typů těchto hodin, ale všechny pracují na stejném principu: využívají přechod elektronů mezi jednotlivými energetickými hladinami v elektronovém obalu atomu nebo iontových hladinách. Vzhledem k kvantovému charakteru je k excitaci potřeba přesné množství energie, reprezentované konkrétní vlnovou délkou "budícího" záření. Excitace je fyzikální proces, při kterém dochází k přechodu energetického stavu atomu, molekuly či iontu na vyšší energetickou hladinu. Základní atomové hodiny byly založeny na atomech cesia. Dnes se používají se i jiné prvky. Na družicích Galileo je čtveřice atomových hodin. Dvoje používají atomy rubidia, dvoje atomy vodíku.
Wikipedie
uvádí: Cesiové
atomové hodiny fungují na základě zpětnovazební smyčky. Základ tvoří
krystalový oscilátor, jehož frekvence je elektronicky řízena.
Tento krystalový oscilátor je připojen na vysílač radiových vln,
nasměrovaný do komory s atomy cesia v plynné atmosféře. Když dojde ke
shodě frekvence oscilátoru s vnitřní rezonanční frekvencí
atomů cesia, přejdou tyto do excitovaného stavu. 
K
přechodu dochází např. absorpcí přesně dané hodnoty tepla či fotonu.
Excitovaná
částice se pak
nachází v tzv. excitovaném stavu. Excitované atomy reagují
odlišně na magnetické pole než neexcitované, a lze je pomocí magnetů
detekovat. Dle množství excitovaných atomů je
možno ladit frekvenci krystalového oscilátoru, aby se shodovala
s rezonanční frekvencí atomů cesia, tj.
9 192 631 770 Hz.Touto
frekvencí je
nyní definována sekunda.
Na schematu jednoho principu atomových hodin můžeme vidět, že z pece O vylétají atomy původně hluboce podchlazené. Třídícími magnety M jsou vyřazeny atomy již primárně excitované. V dutinovém rezonátoru H přijímají energii z mikrovlnného oscilátoru Q a některé z nich excitují. Druhou řadou třídících magnetů M jsou excitované atomy nasměrovány na detektor A. Podle množství detekovaných atomů upravuje regulátor R frekvenci oscilátoru Q, tak aby souhlasila co nejpřesněji s rezonanční frekvencí atomů a dosáhlo se maxima exitovaných atomů. Tato frekvence je pak výstupem atomových hodin.
Dalším možným principem atomových hodin je tzv. atomová fontána, která využívá vlastností laserového chlazení atomů. Popis činnosti například zde.
Londýnská hodinářská firma Hoptroff vyrobila v roce 2013 první hodinky, které fungují na stejném principu jako atomové hodiny. Mezi prestižními výrobci se již hodinky, které jsou řízeny rádiovým signálem z atomových hodin, staly standardem. Model ‚No. 10‘ je jiný. O obsahuje miniaturní hodinový stroj fungující na principu atomových hodin. Jak vysvětlil ředitel společnosti Europa Hoptroff: „Jsme výrobci používající vysokofrekvenční oscilátor, který používá GPS signál. Může však být obtížné získat signál GPS v centru Londýna. Když jsem jednoho dne navštívil Greenwichskou observatoř, všiml jsem si atomových hodin Hewlett Packard a přemýšlel, jestli bych si mohl koupit něco podobného. Nemohl jsem. Ale místo toho jsem objevil čip Symmetricon a po třech dnech jsem si uvědomil, že bych ho měl opravdu dát do kapesních hodinek....
V první sérii je výroba zaměřena především na sběratele. Hodinky budou používat atomové hodiny v čipu Quantum SA.45s vyvinuté společnosti Symmetricon pro vojenské aplikace v bezpilotních letounech a řízených střelách. Přestože je toto zařízení pouhých 4,1 cm široké a 1,1 cm tlusté, obsahuje cesiový plyn udržovaný při stálé teplotě, laserový a mikrovlnný rezonátor k excitaci atomů cesia. Vlastní podoba na fotografiích.
Za zmínku ještě stojí, že pouzdro hodinek s průměrem 82 mm je ze zlata vyrobeno 3D tiskem. Nový majitel musí podepsat dohodu, že čip SA.45s z hodinek nevybere a nepoužije k vojenským účelům. Množství ručkových ukazatelů na ciferníku snad nejde ani spočítat. Cena okolo £ 50,000.
Miniaturizované miniaturní rubidiové atomové hodiny MAC-SA5X společnosti Microchip vytvářejí stabilní referenci času a frekvence, která udržuje vysoký stupeň synchronizace s referenčními hodinami. Jeho kombinace nízké rychlosti driftu, krátkodobé stability a stability při změnách teploty umožňuje zařízení udržovat přesné požadavky na frekvenci a načasování po delší dobu výdrže během výpadků GNSS nebo pro aplikace, kde nejsou možné velké hodiny pro montáž do racku.
Modul měří pouze 2 palce na 2 palce při výšce méně než palec - je pětkrát menší než tradiční rubidiové oscilátory. Byl navržen pro rychlý start v různých tepelných prostředích, širší rozsah provozních teplot a vylepšený výkon stability. Maximální frekvenční odchylka je < 5E-11 během velkých teplotních změn, spolu se zlepšenými dlouhodobými rychlostmi driftu, je MAC-SA5X schopen udržovat přesnost pod mikrosekundou mnoho dní v různých prostředích. Výstup 1PPS (jeden pulz za sekundu) umožňuje rychlou kalibraci na externí reference, jako jsou signály 1PPS odvozené od družicové sítě GNSS. Nové softwarové rozhraní přidává uživatelskou univerzálnost, ovládání a monitorování zařízení pomocí komunikačních pinů rs232 nebo USB.
Obrázek vývojového kitu , Datasheed
Petr Král podle uvedených zdrojů
