นาฬิกาอะตอมขนาดจิ๋วเล็กที่สุดในโลก

ทีมนักวิจัยของ National Institute of Standards and Technology (NIST) ในรัฐโคโรลาโด ของสหรัฐอเมริกาได้ใช้เทคโนโลยีที่เรียกว่า microfabrication technology ประดิษฐ์นาฬิกาอะตอม หรือ Atomic clock ที่มีขนาดเล็กที่สุดได้เป็นผลสำเร็จ นาฬิกาดังกล่าวมีขนาดแค่เพียงเมล็ดข้าวสาร มีกลไกภายในที่เล็กกว่านาฬิกาที่ใช้กันอยู่กว่าร้อยเท่า และกินพลังงานไฟฟ้าน้อยกว่า 75 มิลลิวัตต์ นาฬิการอะตอมนี้อาจสามารถติดตั้งในอุปกรณ์สื่อสาร เช่น โทรศัพท์มือถือ วิทยุ และ เครื่องรับสัญญาณ GPS เพื่อเพิ่มความละเอียดแม่นยำให้น่าชื่อถือมากขึ้น เป็นเวลากว่า 50ปีมาแล้วที่นักวิทยาศาสตร์ใช้นาฬิกาอะตอมเป็นตัวเทียบเวลาและความถี่มาตรฐาน แต่กระนั้นการใช้งานของนาฬิกาประเภทนี้ค่อนข้างจะอยู่ในวงจำกัด เนื่องด้วยความซับซ้อน ขนาดอันใหญ่โต และ ราคาของมัน ผลงานผลงานของสภาบัน NIST ทำให้มีโอกาสที่จะนำนาฬิกาอะตอมเข้าสู่กระบวนการผลิตในเชิงอุตสาหกรรมได้ ซึ่งสามารถนำไปประยุกต์ใช้ในอุปกรณ์อิเล็กโทรนิคต่างๆ โครงสร้างของนาฬิกาอะตอมจิ๋วนี้ประกอบด้วย แหล่งกำเนิดแสงเลเซอร์ที่เรียกว่า vertical-cavity surface-emitting laser (VCSEL), เลนซ์, อุปกรณ์ปรับและลดทอนกำลังแสง (optical attenuator), แผ่นโพลาไรซ์คลื่น, กระเปาะเก็บก๊าซซีเซียม (cesium) และตัวไดโอด โดย VCSEL จะปล่อยสัญญาณแสงสองสัญญาณซึ่งมีความถี่ต่างกันไม่กี่จิกะเฮริทซ์ (gigahertz) สัญญาณทั้งสองจะโฟกัสไปรวมกันที่อะตอมของซีเซียม และปรับแต่งความถี่ของสัญญาณจนกระทั้ง ความถี่ของสัญญาณทั้งสองมีความต่างกันเท่ากับความถี่ที่ใช้ในการเปลี่ยนระดับพลังงานของอะตอมซีเซียม (hyperfine D2 transition) ซึ่งจะเป็นวิธีวัดความถี่ที่ละเอียดมาก และสามารถนำไปกำหนดเป็นเวลาที่แม่ยำสูงได้นาฬิกาอะตอมจิ๋วนี้มีความเที่ยงตรงถึงหนึ่งในหมื่นล้านวินาที นั่นคือ กว่าที่มันจะเดินผิดไป 1วินาทีก็ต้องรอไปอีกถึง 300 ปีเลยทีเดียว ซึ่งนับว่ามีความแม่นยำสูงมากเมืองเทียบกับนาฬิกาที่อาศัยการสั่นของผลึกควอทซ์ แต่อย่างไรก็ตามความละเอียดของนาฬิกาอะตอมจิ๋วนี้ยังเทียบไม่ได้กับประสิทธิภาพของนาฬิกาอะตอมขนาดใหญ่ๆ เช่น นาฬิกาอะตอม F1 ของสถาบัน NISTเอง ที่มีความแม่ยำถึง 1ในร้อยล้านล้านส่วนของวินาที ซึ่งเวลาผ่านไป30ล้านปี F1จะเดินผิดไปเพียงแค่ 1วินาทีเท่านั้น