Атомски часовник: Уред за мерење на времето на сателитски и навигациски системи.

Минатата, 2012 година, се навршија четириесет и пет години откако човештвото одлучи да користи атомско мерење на времето за да го измери времето што е можно попрецизно. Во 1967 година, меѓународната временска категорија престана да се одредува со астрономски скали - тие беа заменети со стандардот за фреквенција на цезиум. Токму тој го доби сега популарното име - атомски часовник. Точното време што дозволуваат да се одреди има незначителна грешка од една секунда на три милиони години, што им овозможува да се користат како временски стандард во кој било агол на светот.

Малку историја

Самата идеја за користење на атомски вибрации за ултра прецизно мерење на времето за прв пат беше изразена во 1879 година од британскиот физичар Вилијам Томсон. Овој научник предложи да се користи водород како емитер на атоми на резонатор. Првите обиди да се спроведе идејата во пракса беа направени дури во 40-тите години. дваесети век. Првиот работен атомски часовник во светот се појави во 1955 година во Велика Британија. Нивниот творец беше британскиот експериментален физичар д-р Луис Есен. Овие часовници работеле врз основа на вибрации на атомите на цезиум-133 и благодарение на нив научниците конечно успеале да го измерат времето со многу поголема точност од порано. Првиот уред на Есен дозволи грешка не повеќе од секунда на секои сто години, но последователно се зголеми многу пати и грешката во секунда може да се акумулира само за 2-3 стотини милиони години.

Атомски часовник: принцип на работа

Како функционира овој паметен „уред“? Атомските часовници користат молекули или атоми на квантно ниво како генератор на резонантна фреквенција. воспоставува врска помеѓу системот „атомско јадро - електрони“ и неколку дискретни енергетски нивоа. Ако на таков систем се влијае со строго одредена фреквенција, тогаш овој систем ќе премине од ниско ниводо високо. Исто така е можно обратен процес: премин на атом од повеќе високо ниводо ниско, придружено со емисија на енергија. Овие појави може да се контролираат и сите енергетски скокови може да се снимат со создавање на нешто како осцилаторно коло (исто така наречено атомски осцилатор). Неговата резонантна фреквенција ќе одговара на енергетската разлика помеѓу соседните нивоа на атомска транзиција, поделена со Планковата константа.

Таквото осцилаторно коло има непобитни предности во споредба со неговите механички и астрономски претходници. За еден таков атомски осцилатор, резонантната фреквенција на атомите на која било супстанција ќе биде иста, што не може да се каже за нишалата и пиезокристалите. Покрај тоа, атомите не ги менуваат своите својства со текот на времето и не се истрошуваат. Затоа, атомските часовници се исклучително прецизни и практично вечни хронометри.

Точно време и модерни технологии

Телекомуникациски мрежи, сателитски комуникации, ГПС, НТП сервери, електронски трансакции на берзата, Интернет аукции, процедурата за купување билети преку Интернет - сите овие и многу други појави се одамна цврсто воспоставени во нашите животи. Но, ако човештвото не измисли атомски часовници, сето ова едноставно немаше да се случи. Прецизното време, синхронизацијата со која ви овозможува да ги минимизирате сите грешки, одложувања и одложувања, му овозможува на човекот максимално да го искористи овој непроценлив незаменлив ресурс, од кој никогаш нема премногу.

Сензација се прошири низ научниот свет - времето испарува од нашиот Универзум! Засега ова е само хипотеза на шпанските астрофизичари. Но, фактот дека текот на времето на Земјата и во вселената е различен, веќе го докажаа научниците. Времето тече побавно под влијание на гравитацијата, забрзувајќи додека се оддалечува од планетата. Задачата за синхронизирање на земното и космичко времеспроведуваат стандарди за водородна фреквенција, кои се нарекуваат и „атомски часовници“.

Првото атомско време се појави заедно со појавата на астронаутика; атомските часовници се појавија во средината на 20-тите години. Во денешно време, атомските часовници станаа секојдневие, секој од нас ги користи секојдневно: дигиталните комуникации, ГЛОНАСС, навигацијата и транспортот работат со нивна помош.

Сопственици мобилни телефониедвај размислуваат каква сложена работа се врши во просторот за строга временска синхронизација, а сепак зборуваме за само милионити дел од секундата.

Точниот временски стандард е зачуван во московскиот регион, во Научен институтфизичко-технички и радиотехнички мерења. Во светот има 450 такви часовници.

Русија и САД имаат монополи на атомски часовници, но во САД часовниците работат на база на цезиум, радиоактивен метал кој е многу штетен за животната средина, а во Русија, на база на водород, побезбеден, издржлив материјал.

Овој часовник нема бројчаник или стрелки: изгледа како големо буре со ретки и вредни метали, исполнето со најнапредните технологии - високопрецизни мерни инструменти и опрема со атомски стандарди. Процесот на нивното создавање е многу долг, сложен и се одвива во услови на апсолутна стерилност.

Веќе 4 години часовникот инсталиран на рускиот сателит ја проучува темната енергија. Според човечките стандарди, тие ја губат точноста за 1 секунда во текот на многу милиони години.

Наскоро, атомски часовници ќе бидат инсталирани на Spektr-M - вселенска опсерваторија која ќе гледа како се формираат ѕвездите и егзопланетите и ќе гледа подалеку од работ Црна дупкаво центарот на нашата Галаксија. Според научниците, поради монструозната гравитација, времето овде тече толку бавно што речиси застанува.

твроскосмос

Кои „часовници“ го измислиле и го усовршиле овој исклучително прецизен механизам? Дали има замена за него? Ајде да се обидеме да го сфатиме.

Во 2012 година, атомското мерење на времето ќе ја прослави својата четириесет и петта годишнина. Во 1967 година, категоријата на време во Меѓународниот систем на единици почна да се одредува не со астрономски скали, туку со стандардот за фреквенција на цезиум. Ова е она што обичните луѓе го нарекуваат атомски часовник.

Кој е принципот на работа на атомските осцилатори? Овие „уреди“ користат нивоа на квантна енергија на атоми или молекули како извор на резонантна фреквенција. Квантната механика поврзува неколку дискретни нивоа на енергија со системот „атомско јадро - електрони“. Електромагнетно поле со одредена фреквенција може да предизвика транзиција на овој систем од ниско ниво на повисоко. Можен е и спротивен феномен: атомот може да се движи од високо енергетско ниво на пониско со емитување енергија. И двата феномени може да се контролираат и овие енергетски меѓунивола скокови може да се снимат, со што се создава привид на осцилаторно коло. Резонантната фреквенција на ова коло ќе биде еднаква на енергетската разлика помеѓу двете преодни нивоа поделена со Планковата константа.

Добиениот атомски осцилатор има несомнени предности во однос на неговите астрономски и механички претходници. Резонантната фреквенција на сите атоми на супстанцијата избрана за осцилаторот ќе биде, за разлика од нишалата и пиезокристалите, иста. Покрај тоа, атомите не се истрошија и не ги менуваат своите својства со текот на времето. Идеален за практично вечен и исклучително прецизен хронометар.

За прв пат, можноста за користење на енергетски транзиции меѓу нивоата во атомите како стандард за фреквенција беше разгледана уште во 1879 година од британскиот физичар Вилијам Томсон, попознат како Лорд Келвин. Тој предложи да се користи водород како извор на атоми на резонатор. Сепак, неговото истражување беше прилично теоретски по природа. Науката во тоа време сè уште не беше подготвена да развие атомски хронометар.

Беа потребни речиси сто години за да се оствари идејата на Лорд Келвин. Беше долго време, но задачата не беше лесна. Трансформирањето на атомите во идеални нишала се покажа како потешко во пракса отколку во теорија. Тешкотијата лежи во битката со таканаречената резонантна ширина - мала флуктуација во фреквенцијата на апсорпција и емисија на енергија додека атомите се движат од ниво до ниво. Односот на резонантната фреквенција до резонантната ширина го одредува квалитетот на атомскиот осцилатор. Очигледно, колку е поголема вредноста на резонантната ширина, толку е помал квалитетот на атомското нишало. За жал, не е можно да се зголеми резонантната фреквенција за да се подобри квалитетот. Таа е константна за атомите на секоја специфична супстанција. Но, резонантната ширина може да се намали со зголемување на времето на набљудување на атомите.

Технички, ова може да се постигне на следниов начин: нека надворешен, на пример, кварц, осцилатор периодично генерира електромагнетно зрачење, предизвикувајќи атомите на супстанцијата донор да скокаат преку енергетските нивоа. Во овој случај, задачата на тјунерот за атомски хронограф е да ја приближи фреквенцијата на овој кварцен осцилатор што е можно поблиску до резонантната фреквенција на транзицијата меѓу нивоата на атомите. Ова станува возможно во случај на доволно долг период на набљудување на атомските вибрации и создавање повратни информации, регулирајќи ја фреквенцијата на кварцот.

Точно, покрај проблемот со намалувањето на ширината на резонантната во атомски хронограф, има и многу други проблеми. Ова е Доплеров ефект - поместување на резонантната фреквенција поради движењето на атомите и меѓусебните судири на атомите, предизвикувајќи непланирани енергетски транзиции, па дури и влијанието на продорната енергија на темната материја.

Прв пат пробајте практична имплементацијаатомскиот часовник беше преземен во триесеттите години на минатиот век од страна на научниците од Универзитетот Колумбија под водство на иднината Нобеловецд-р Исидор Раби. Раби предложи користење на изотоп на цезиум 133 Cs како извор на атоми на нишалото. За жал, работата на Раби, која многу го интересираше NBS, беше прекината од Втората светска војна.

По неговото завршување, водството во имплементацијата на атомскиот хронограф премина на вработениот во NBS, Харолд Лајонс. Неговиот атомски осцилатор работеше на амонијак и даде грешка споредлива со најдобрите примери на кварцни резонатори. Во 1949 година, атомскиот часовник на амонијак и беше демонстриран на пошироката јавност. И покрај прилично просечната точност, тие ги имплементираа основните принципи на идните генерации на атомски хронографи.

Прототипот на атомски часовник на цезиум добиен од Луис Есен обезбеди точност од 1 * 10 -9, додека има ширина на резонанца од само 340 Херци

Малку подоцна, професорот на Универзитетот Харвард, Норман Ремзи, ги подобри идеите на Исидор Раби, намалувајќи го влијанието на Доплеровиот ефект врз точноста на мерењата. Тој предложи, наместо долги високофреквентни пулсни возбудливи атоми, да се користат два кратки испратени до краците на брановодот на одредено растојание едни од други. Ова овозможи нагло да се намали резонантната ширина и всушност овозможи да се создадат атомски осцилатори кои се по прецизност по редослед на големина супериорни во однос на нивните кварцни предци.

Во педесеттите години на минатиот век, врз основа на шемата предложена од Норман Ремзи, во Националната физичка лабораторија (Велика Британија), нејзиниот вработен Луис Есен работеше на атомски осцилатор базиран на изотопот на цезиум 133 Cs претходно предложен од Раби. Цезиумот не е случајно избран.

Шема на хиперфини нивоа на транзиција на атомите на изотопот на цезиум-133

Припаѓаат на групата на алкални метали, атомите на цезиум се исклучително лесно возбудени да скокаат помеѓу нивоата на енергија. На пример, зрак светлина може лесно да го исфрли протокот на електрони од атомската структура на цезиум. Поради ова својство, цезиумот е широко користен во фотодетекторите.

Дизајн на класичен цезиумски осцилатор базиран на брановидник Ремзи

Првиот официјален стандард за цезиумска фреквенција NBS-1

Потомок на NBS-1 - осцилаторот NIST-7 користел ласерско пумпање на зрак од атоми на цезиум

За прототипот на Есен да стане вистински стандард, требаше повеќе од четири години. На крајот на краиштата, прецизното прилагодување на атомските часовници беше можно само со споредба со постоечките ефемерни единици на време. Во текот на четири години, атомскиот осцилатор беше калибриран со набљудување на ротацијата на Месечината околу Земјата со помош на прецизна лунарна камера измислена од Вилијам Марковиц од американската поморска опсерваторија.

„Прилагодувањето“ на атомските часовници на лунарната ефемери беше спроведено од 1955 до 1958 година, по што уредот беше официјално признат од NBS како стандард за фреквенција. Покрај тоа, невидената точност на атомските часовници на цезиум го поттикна NBS да ја промени единицата време во стандардот SI. Од 1958 година, второто е официјално усвоено како „времетраење од 9.192.631.770 периоди на зрачење што одговара на транзицијата помеѓу две хиперфини нивоа на стандардната состојба на атомот на изотопот цезиум-133“.

Уредот на Луис Есен го доби името NBS-1 и се сметаше за првиот стандард за фреквенција на цезиум.

Во текот на следните триесет години, беа развиени шест модификации на NBS-1, од кои најновата, NIST-7, создадена во 1993 година со замена на магнети со ласерски стапици, обезбедува точност од 5 * 10 -15 со резонантна ширина од само шеесет - два херци.

Споредбена табела на карактеристики на цезиумските фреквентни стандарди што ги користи NBS

NBS уредите се стационарни држачи, што им овозможува да се класифицираат како стандардни наместо практично користени осцилатори. Но, за чисто практични цели, Хјулит-Пакард работеше во корист на стандардот за фреквенција на цезиум. Во 1964 година, идниот компјутерски гигант создаде компактна верзија на стандардот за фреквенција на цезиум - уредот HP 5060A.

Калибрирани со користење на стандардите NBS, стандардите за фреквенција HP 5060 се вклопуваат во типичен држач за радио опрема и беа комерцијален успех. Благодарение на стандардот за фреквенција на цезиум, поставен од Хјулит-Пакард, невидената точност на атомските часовници стана широко распространета.

Hewlett-Packard 5060A.

Како резултат на тоа, станаа можни работи како сателитска телевизија и комуникации, глобални системи за навигација и услуги за синхронизација на време на информациска мрежа. Имаше многу апликации за индустријализираната технологија на атомски хронограф. Во исто време, Hewlett-Packard не застана тука и постојано го подобрува квалитетот на стандардите за цезиум и нивната тежина и димензии.

Семејство на атомски часовници Хјулит-Пакард

Во 2005 година, одделот за атомски часовник на Хјулит-Пакард беше продаден на Симетриком.

Заедно со цезиумот, чии резерви во природата се многу ограничени, а побарувачката за него во различни технолошки области е исклучително висока, рубидиумот, чии својства се многу блиску до цезиумот, се користеше како донорска супстанција.

Се чини дека, постоечка шемаатомските часовници се доведени до совршенство. Во меѓувреме, имаше досаден недостаток, чија елиминација стана возможна во втората генерација на стандарди за цезиумска фреквенција, наречени цезиумски фонтани.

Фонтани на времето и оптичка меласа

И покрај најголемата точност на атомскиот хронометар NIST-7, кој користи ласерско откривање на состојбата на атомите на цезиум, неговиот дизајн не е фундаментално различен од дизајните на првите верзии на стандардите за цезиумска фреквенција.

Дизајнерски недостаток на сите овие шеми е тоа што е фундаментално невозможно да се контролира брзината на ширење на зрак од атоми на цезиум кои се движат во брановоди. И ова и покрај фактот дека брзината на движење на атомите на цезиум на собна температура е сто метри во секунда. Многу брзо.

Затоа сите модификации на стандардите на цезиум се потрага по рамнотежа помеѓу големината на брановодот, кој има време да влијае на брзите атоми на цезиум во две точки, и точноста на откривање на резултатите од ова влијание. Колку е помал брановодот, толку е потешко да се направат последователни електромагнетни импулси кои влијаат на истите атоми.

Што ако најдеме начин да ја намалиме брзината на атомите на цезиум? Токму оваа идеја го преокупираше студентот на МИТ Џеролд Захариус, кој го проучуваше влијанието на гравитацијата врз однесувањето на атомите во доцните четириесетти години на минатиот век. Подоцна, вклучен во развојот на варијанта на стандардот за цезиумска фреквенција Atomichron, Захариј ја предложи идејата за цезиумска фонтана - метод за намалување на брзината на атомите на цезиум на еден сантиметар во секунда и ослободување од брановодот со двојно оружје. на традиционалните атомски осцилатори.

Идејата на Захариј била едноставна. Што ако испукате атоми на цезиум вертикално во осцилатор? Тогаш истите атоми ќе поминат низ детекторот двапати: еднаш додека патуваат нагоре и повторно надолу, каде што ќе брзаат под влијание на гравитацијата. Во овој случај, движењето на атомите надолу ќе биде значително побавно од нивното полетување, бидејќи за време на нивното патување во фонтаната тие ќе изгубат енергија. За жал, во педесеттите години на минатиот век, Захариј не можел да ги реализира своите замисли. Во неговата експериментална поставеност, атомите што се движат нагоре комуницираат со оние што паѓаат надолу, што ја збунува точноста на откривањето.

Идејата за Захариј била вратена дури во осумдесеттите. Научниците од Универзитетот Стенфорд, предводени од Стивен Чу, најдоа начин да ја реализираат фонтаната Захариј користејќи метод што го нарекуваат „оптичка меласа“.

Во фонтаната Чу цезиум, облак од атоми на цезиум испукан нагоре е претходно ладен со систем од три пара ласери насочени кон контра, кои имаат резонантна фреквенција веднаш под оптичката резонанца на атомите на цезиум.

Шема на цезиумска фонтана со оптичка меласа.

Атомите на цезиум ладени со ласер почнуваат да се движат бавно, како низ меласа. Нивната брзина паѓа на три метри во секунда. Намалувањето на брзината на атомите им дава можност на истражувачите попрецизно да ги детектираат состојбите (мора да признаете дека е многу полесно да се видат регистарските таблички на автомобил што се движи со брзина од еден километар на час отколку автомобил што се движи со брзина од сто километри на час).

Топката од оладени атоми на цезиум е лансирана нагоре околу еден метар, поминувајќи низ брановодот по патот, низ кој атомите се изложени на електромагнетно поле со резонантна фреквенција. И детекторот на системот за прв пат ја евидентира промената на состојбата на атомите. Откако стигнаа до „таванот“, изладените атоми почнуваат да паѓаат поради гравитацијата и по втор пат минуваат низ брановодот. На враќање, детекторот повторно ја снима нивната состојба. Бидејќи атомите се движат исклучително бавно, нивниот лет во форма на прилично густ облак лесно се контролира, што значи дека во фонтаната нема да има атоми кои летаат нагоре и надолу во исто време.

Објектот за цезиумска фонтана на Чу беше усвоен од NBS како стандард за фреквенција во 1998 година и беше именуван NIST-F1. Неговата грешка беше 4 * 10 -16, што значи дека NIST-F1 беше попрецизен од неговиот претходник NIST-7.

Всушност, NIST-F1 ја достигна границата на точност во мерењето на состојбата на атомите на цезиум. Но, научниците не застанаа на оваа победа. Тие одлучија да ја елиминираат грешката што зрачењето на црното тело ја внесува во работата на атомските часовници - резултат на интеракцијата на атомите на цезиум со топлинското зрачење на телото на инсталацијата во која се движат. Новиот атомски хронограф NIST-F2 постави цезиумска фонтана во криогена комора, намалувајќи го зрачењето на црното тело на речиси нула. Грешката NIST-F2 е неверојатна 3*10 -17.

График на намалување на грешката на стандардните опции за цезиумска фреквенција

Во моментов, атомските часовници базирани на цезиумски фонтани му обезбедуваат на човештвото најточниот стандард на време, во однос на кој чука пулсот на нашата техногена цивилизација. Благодарение на инженерските трикови, импулсните водородни масери кои ги ладат атомите на цезиум во стационарни верзии на NIST-F1 и NIST-F2 беа заменети со конвенционален ласерски зрак, работи во тандем со магнето-оптички систем. Ова овозможи да се создадат компактни и многу стабилни структури. надворешни влијанијаваријанти на NIST-Fx стандарди кои можат да работат во вселенски летала. Сосема имагинативно наречени „Aerospace Cold Atom Clock“, овие стандарди за фреквенција се инсталирани во сателитите на навигациските системи како што е GPS, што обезбедува нивна неверојатна синхронизација за да се реши проблемот со многу прецизно пресметување на координатите на GPS приемниците што се користат во нашите гаџети.

Компактна верзија на атомскиот часовник со фонтана цезиум, наречена „Воздухопловен ладен атом часовник“, се користи во GPS сателитите

Пресметката на временската референца ја врши „ансамбл“ од десет NIST-F2 лоцирани во различни истражувачки центри кои соработуваат со NBS. Точната вредност на атомската секунда се добива колективно, со што се елиминираат различните грешки и влијанието на човечкиот фактор.

Сепак, можно е еден ден стандардот на цезиумската фреквенција да биде сфатен од нашите потомци како многу груб механизам за мерење на времето, исто како што сега снисходливо гледаме на движењата на нишалото во механичките дедо часовници на нашите предци.

Често ја слушаме фразата што секогаш ја покажуваат атомските часовници точно време. Но, од нивното име е тешко да се разбере зошто атомските часовници се најточни или како работат.

Само затоа што името го содржи зборот „атомски“ не значи дека часовникот претставува опасност за животот, дури и ако мислите за атомска бомбаили нуклеарна централа. Во овој случај, ние зборуваме само за принципот на работа на часовникот. Ако во обичен механички часовник осцилаторните движења се вршат со запчаници и нивните движења се бројат, тогаш во атомски часовник се бројат осцилациите на електроните во атомите. За подобро да го разбереме принципот на работа, да се потсетиме на физиката на елементарните честички.

Сите супстанции во нашиот свет се направени од атоми. Атомите се состојат од протони, неутрони и електрони. Протоните и неутроните се комбинираат едни со други за да формираат јадро, кое исто така се нарекува нуклеон. Електроните се движат околу јадрото, што може да биде на различни нивоа на енергија. Најинтересно е што кога апсорбира или ослободува енергија, електронот може да се движи од своето енергетско ниво на повисоко или пониско. Електронот може да добие енергија од електромагнетно зрачење, апсорбирајќи или емитувајќи електромагнетно зрачење со одредена фреквенција при секоја транзиција.

Најчесто има часовници во кои за промена се користат атомите на елементот Цезиум -133. Ако за 1 секунда нишалото обичен часовникправи 1 осцилаторно движење, потоа електроните во атомски часовнициврз основа на цезиум-133, при преминот од едно ниво на енергија во друго, тие испуштаат електромагнетно зрачење со фреквенција од 9192631770 Hz. Излегува дека една секунда е поделена на точно овој број интервали ако се пресмета во атомски часовници. Оваа вредност беше официјално усвоена од меѓународната заедница во 1967 година. Замислете огромен бројчаник со не 60, туку 9192631770 поделби, кои сочинуваат само 1 секунда. Не е изненадувачки што атомските часовници се толку прецизни и имаат голем број на предности: атомите не подлежат на стареење, не се истрошуваат, а фреквенцијата на осцилации секогаш ќе биде иста за еден хемиски елемент, благодарение на што е можно да се синхроно споредете ги, на пример, читањата на атомските часовници далеку во вселената и на Земјата, без страв од грешки.

Благодарение на атомските часовници, човештвото можеше во пракса да ја тестира исправноста на теоријата на релативноста и да се увери дека е подобра отколку на Земјата. Атомски часовници се инсталирани на многу сателити и вселенски летала, тие се користат за телекомуникациски потреби, за мобилни комуникации, тие се користат за споредување на точното време на целата планета. Без претерување, благодарение на изумот на атомски часовници, човештвото успеа да влезе во ерата на високата технологија.

Како работат атомските часовници?

Цезиум-133 се загрева со испарување на атоми на цезиум, кои се пренесуваат низ магнетно поле, каде што се избираат атомите со саканите енергетски состојби.

Избраните атоми потоа минуваат низ магнетно поле со фреквенција блиска до 9192631770 Hz, што е создадено од кварцен осцилатор. Под влијание на полето, атомите на цезиум повторно ги менуваат енергетските состојби и паѓаат на детектор, кој снима кога најголем бројдојдовните атоми ќе имаат „точна“ енергетска состојба. Максимален износатоми со променета енергетска состојба покажува дека фреквенцијата на микробрановото поле е правилно избрана, а потоа нејзината вредност се внесува во електронски уред - делител на фреквенција, кој, намалувајќи ја фреквенцијата за цел број пати, го добива бројот 1, што е референтна втора.

Така, атомите на цезиум се користат за проверка на точната фреквенција на магнетното поле произведено од кристалниот осцилатор, помагајќи да се одржи на константна вредност.

Ова е интересно: Иако сегашните атомски часовници се невидено прецизни и можат да работат милиони години без грешки, физичарите нема да застанат тука. Користење на различни атоми хемиски елементи, тие постојано работат на подобрување на точноста на атомските часовници. Меѓу најновите пронајдоци е и атомскиот часовник стронциум, кои се три пати попрецизни од нивниот цезиумски колега. За да заостанат само една секунда, ќе им требаат 15 милијарди години - време што ја надминува староста на нашиот Универзум...

Ако најдете грешка, означете дел од текстот и кликнете Ctrl+Enter.

Исидор Раби, професор по физика на Универзитетот Колумбија, предложил досега невиден проект: часовник кој работи на принципот на атомски зрак на магнетна резонанца. Ова се случи во 1945 година, а веќе во 1949 година Националното биро за стандарди го објави првиот работен прототип. Ги читаше вибрациите на молекулата на амонијак. Цезиумот стапи во употреба многу подоцна: моделот NBS-1 се појави дури во 1952 година.

Националната физичка лабораторија во Англија го создаде првиот часовник со цезиумски зрак во 1955 година. Повеќе од десет години подоцна, за време на Генералната конференција за тежини и мерки, беше претставен понапреден часовник, исто така базиран на вибрации во атомот на цезиум. Моделот NBS-4 се користеше до 1990 година.

Видови на часовници

На овој моментПостојат три типа на атомски часовници, кои работат на приближно ист принцип. Цезиумските часовници, најточни, го одвојуваат атомот на цезиум магнетно поле. Наједноставниот атомски часовник, рубидиумскиот часовник, користи гас рубидиум затворен во стаклена сијалица. И, конечно, атомскиот часовник на водород ги зема како референтна точка атомите на водород, затворени во обвивка од посебен материјал - ги спречува атомите брзо да губат енергија.

Колку е часот Сега

Во 1999 година, Националниот институт за стандарди и технологија на САД (NIST) предложи уште понапредна верзија на атомскиот часовник. Моделот NIST-F1 дозволува грешка од само една секунда на секои дваесет милиони години.

Најточно

Но, физичарите на NIST не застанаа тука. Научниците одлучија да развијат нов хронометар, овој пат базиран на атоми на стронциум. Новиот часовник работи на 60% од претходниот модел, што значи дека губи една секунда не за дваесет милиони години, туку за дури пет милијарди.

Мерење време

Меѓународниот договор ја определи единствената прецизна фреквенција за резонанца на цезиумска честичка. Ова е 9.192.631.770 херци - делењето на излезниот сигнал со овој број е еднакво на точно еден циклус во секунда.