20040910　原子時計

　私が現在使っている腕時計$${^{*1}}$$は一日一分の狂いが生じる。世の中で最も精度の高い時計は原子時計である。1秒の基準が原子時計による$${^{*2}}$$から当たり前と言えば当たり前だ。

　原子時計$${^{*3}}$$の仕組みどうなっているか。原子時計における一秒の基準には振り子とかてんぷ$${^{*4}}$$の往復運動ではなく、セシウム原子$${^{*5}}$$を使う。赤外線によって変化したセシウム原子の状態が電波によって更に引き起こされる周期的な変化にかかる非常に短い時間を基本$${^{*6}}$$にしている。

　そのためにセシウム原子の集団をつくって電磁波を当ててセシウム原子の状態の変化を調べる$${^{*7}}$$。当てる電波の周波数によって、その状態が変化したセシウム原子の数が変化する$${^{*8}}$$。状態が変化する時にはセシウム原子から同じ周波数の電波が放出される$${^{*9}}$$。状態が変化する原子数が多くなれば放出される電波の強さが強くなる。一番強くなった時の電波の周波数$${^{*10}}$$がセシウム原子の状態の変化の周期に合致していると言える。その電波の周波数を元に一秒を決める。その周波数は約9192631770Hzである。周波数とは一秒間に何回振動するかだから、一回の振動にかかった時間を9192631770倍すれば一秒になる。

　一秒を作り出す$${^{*11}}$$のに常温では固体であるセシウムを蒸気にしたり、赤外線や電波を照射したりいろいろ面倒なことをしなければならない。面倒なことをする時の装置は、大抵大きくなる$${^{*12}}$$。

　やはり原子と名の付く物は大きい$${^{*13}}$$。

*1　20040908　狂う腕時計
*2　20020217　正確な時刻
*3　産業技術総合研究所 - 世界でいちばん正確な１秒－テクノロジーと「不確かさ」とのあくなき闘－2－
*4　じしゃく忍法帳 / 第42回「時計と磁石」の巻
*5　セシウム
*6　一秒の定義をご存知ですか？
*7　原子時計の原理
*8　ラムゼー共鳴
*9　20001017　益島博士
*10　Beyond Discovery　ラビの時計
*11　Mobile：真の1秒を求めて～原子時計
*12　プレス・リリース　2000万年に1秒と狂わない高精度原子時計を開発
*13　20040909　原子の意味