Una fuente atómica es una nube de átomos que los láseres lanzan hacia arriba en el campo gravitacional de la Tierra . Si fuera visible, se parecería al agua de una fuente. Mientras están en caída libre, los átomos se miden para establecer la frecuencia de un reloj atómico . [1]
La principal motivación detrás del desarrollo de la fuente atómica deriva del método de Ramsey para medir la frecuencia de las transiciones atómicas. [2] A grandes rasgos, el método de Ramsey implica exponer una nube de átomos a un breve campo electromagnético de radiofrecuencia (rf); esperando un tiempo T ; exponer brevemente la nube nuevamente al campo de RF; y luego medir qué fracción de los átomos de la nube han realizado la transición. [2] Si la frecuencia del campo de rf es idéntica a la frecuencia de transición atómica, el 100% de los átomos habrán realizado la transición; Si la frecuencia del campo difiere ligeramente de la frecuencia de transición, algunos de los átomos no habrán realizado la transición. [2] Al enviar repetidamente nubes de átomos a través de dicho aparato, la frecuencia del campo se puede ajustar para que coincida con la frecuencia de transición atómica. [3]
La precisión del método de Ramsey se puede aumentar aumentando el tiempo de espera T de la nube. [2] El uso de una fuente atómica con una nube atómica enfriada permite tiempos de espera del orden de un segundo, que es mucho mayor que lo que se puede lograr realizando el método Ramsey en un haz atómico caliente . [2] Esta es una de las razones por las que NIST-F1 , un reloj de fuente de cesio, puede mantener la hora con mayor precisión que NIST-7 , un reloj de haz de cesio. [1]
La idea de la fuente atómica fue propuesta por primera vez en la década de 1950 por Jerrold Zacharias . [4] Zacharias intentó implementar una fuente atómica utilizando un haz térmico de átomos, bajo el supuesto de que los átomos en el extremo de baja velocidad de la distribución de Maxwell-Boltzmann tendrían energía suficientemente baja para ejecutar una trayectoria parabólica de tamaño razonable. [5] Sin embargo, el intento no tuvo éxito porque los átomos rápidos en un haz térmico golpearon los átomos de baja velocidad y los dispersaron. [5]