Norman Ramsey, pomysłodawca zegarów atomowych, nas opuścił

Zegary atomowe GPS Galileo oraz obrazowanie metodą magnetycznego rezonansu jądrowego, rozwinęły się dzięki jego pracom, które zdobyły dla niego Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki. Norman Ramsey zmarł, mając 96 lat. 

Leon Lederman otrzymał swojego Nobla za swoje prace, które doprowadziły do identyfikacji neutrino mionowych. Są to właśnie te neutrino, które prawdopodobnie przekroczyły prędkość światła w czasie doświadczenia Opera. Pomiaru prędkości tych neutrino dokonano dzięki zegarom atomowym.

O swoim koledze, zdobywcy nagrody Nobla w dziedzinie fizyki, Normanie Ramsey, Leon Lederman powiedział tak: gdyby zrobić listę najbardziej wyśmienitych fizyków XX wieku, Norman Ramsey znalazłby się pośród najlepszych.

Norman Ramsey zaczął swoją karierę od studiów matematycznych i napisał szybkie wprowadzenie do rachunku różniczkowego i całkowego. Ale w centrum jego zainteresowania naukowego szybko znalazła się fizyka atomowa, wtedy jeszcze w powijakach.

Norman Ramsey, który urodził się w 1915 roku w stanie Waszyngton, przemierzył Atlantyk, aby dotrzeć w latach trzydziestych XX wieku do Cambridge, gdzie spotkał się z Ernestem Rutherford i Paulem Dirac. Następnie wrócił do Stanów Zjednoczonych, aby obronić swoją tezę wraz z przyszłym zdobywcą Nagrody Nobla, Isidorem Rabi, który wtedy pracował nad wpływem pola magnetycznego na wiązki molekularne, a także nad informacjami, jakie można wyciągnąć na temat momentów magnetycznych jąder je budujących.

Ramsey doprowadził do perfekcji niektóre prace Rabiego, tworząc coś, co dziś nazywamy metodą Ramsey’a. W końcu, Ramsey rzucił podwaliny pod rozwój zegarów atomowych oraz obrazowania metodą magentycznego rezonansu jądrowego.

Jego prace okażą się bardzo ważne w szczególności dla rozwoju zegarów atomowych działających na bazie związków cezu. Na tych zegarach zasadza się definicja sekundy oraz międzynarodowego czasu atomowego (IAT, ang. International Atomic Time TAI, fr. Temps atomique international). Oznacza to wzorzec czasu oraz skalę czasu referencyjną, używaną wszędzie, na całym świecie. Sekunda została zdefiniowana w 1967 roku, w czasie 13 Kongerencji generalnej na temat miar i wag.

Masery wodorowe dla promu Voyager oraz GPS

Norman Ramsey wraz ze swoim studentem w tamtych czasach, Danielem Kleppnerem, skonstruował w 1960 roku pierwszy zegar atomowy na bazie masera wodorowego. Ten typ zegara był używany do przeprowadzania testów ogólnej teorii względności, w szczególności z doświadczeniem Gravity Probe.

Bez tych zegarów, które posłużyły do precyzyjnego określenia ich pozycji wraz z radioteleskopami, sondy misji Voyager nigdy nie mogłyby nawigować w układzie słonecznymi i pozwolić na eksplorację planet, które odkrył francuski astrofizyk, Andre Brahic.

Zegary z maserem wodorowym dotyczą nas bardziej bezpośrednio, albowiem właśnie w nie są wyposażone satelity programu Galileo. Kiedy więc używamy europejskiego GPS, należy westchnąć z wdzięcznością dla Normana Ramsey’a...

Ze strony fizyki podstawowej, tutaj również czekają na nas niespodzianki, ponieważ zegar Ramsey’a zostanie użyty przez CNES do stworzenia całości kosmicznych zegarów atomowych, najbardziej precyzyjnych na świecie (margines błędu około 1 sekunda na 300 milionów lat...).

ACES (Atomic Clock Ensemble in Space), złożony więc z masera wodorowego i z Pharao, czyli z zegara kosmicznego nowej generacji działającego na atomy cezu schłodzone przez laser, nie powinien więc się spóźniać. Wraz z ACES, fizycy chcą sprawdzić, czy stała struktury subtelnej nie zmienia się powoli w czasie.

Nie można więc zmierzyć, jak bardzo Nagroda Nobla dla Normana Ramsey’a w dziedzinie fizyki była w pełni uzasadniona...