Cesium

Figur 1. Cesium, med atomnummer 55 och atomvikt av 132.905.

Cesium är det 55: e elementet i det periodiska systemet. Cesium är standarden för atomklockor, och ger faktiskt definitionen för den andra! Några av dess egenskaper listas nedan:

Cesium definierar vår tidsenhet

vår vanligaste tidsenhet, den andra, definierades ursprungligen baserat på jordens rotation; jorden roterar runt sin axel en gång per dag, med den andra definierad som 1/86 400 av en (genomsnittlig sol) dag. Bortsett från det faktum att det finns olika definitioner för vad en ”dag” är, är det inte praktiskt att använda jordens rotation som en definition för tid på grund av oegentligheter i rotationsfrekvensen.

numera används Cesium-133 som definition för den andra på grund av den tillförlitliga frekvensen av mikrovågsugn som den avger. Definitionen är:

den andra är varaktigheten av 9 192 631 770 perioder av strålningen som motsvarar övergången mellan de två hyperfinnivåerna i marktillståndet för cesium 133-atomen.

i enklare termer emitteras strålningsenergi eller ljus i form av mikrovågor med en mycket exakt frekvens från denna speciella atomövergång. Efter att ha observerat exakt 9 192 631 770 perioder (eller cykler) av denna elektromagnetiska våg, sägs en sekund ha gått.

Observera att denna frekvens inträffar när cesium-133-atomen är isolerad vid absolut nolltemperatur; i verkligheten är korrigeringar för detta nödvändiga. Ändå håller atomklockorna med Cesium tiden inom en noggrannhet av 2 till 3 delar i 1014: det betyder att det bara kan förlora en sekund en gång var 1,4 miljoner år!

för att lära dig mer om vetenskapen om Cesiumklockor, besök Hyperfysik.

applikationer

det finns många omedelbart praktiska användningsområden för extremt noggranna klockor. Kanske är det viktigaste i jordens globala positioneringssystem (GPS), som kräver atomklockor för att ge exakta mätningar av avstånd. De ger också en tillförlitlig tidsreferens i vetenskapliga forskningsapplikationer, såsom mätning av variationer i pulsars frekvenser. Cesiumklockor har också gett den noggrannhet som krävs för att testa allmän relativitet, eftersom en atomur som arbetar högt över jordens yta i en satellit kommer att kryssa snabbare än en som arbetar på marken.

Video

videon nedan är från University of Nottinghams periodiska videoprojekt. De har skapat en komplett serie korta videor på varje element i det periodiska systemet.