పరమాణు గడియారాలు ఎందుకు అత్యంత ఖచ్చితమైనవి? అటామిక్ క్లాక్: ఉపగ్రహ మరియు నావిగేషన్ సిస్టమ్‌ల సమయాన్ని కొలిచే పరికరం.

ప్రతి 300 మిలియన్ సంవత్సరాలకు ఒక సెకను పొరపాటు చేసే అత్యంత ఖచ్చితమైన పరమాణు గడియారాలు. ప్రతి వంద మిలియన్ సంవత్సరాలకు ఒక సెకను లోపం ఉన్న పాత మోడల్‌ను భర్తీ చేసిన ఈ గడియారం ఇప్పుడు అమెరికన్ సివిల్ టైమ్‌కి ప్రమాణాన్ని సెట్ చేస్తుంది. Lenta.ru అణు గడియారాల సృష్టి చరిత్రను గుర్తుకు తెచ్చుకోవాలని నిర్ణయించుకుంది.

మొదటి అణువు

గడియారాన్ని సృష్టించడానికి, ఏదైనా ఉపయోగించడం సరిపోతుంది బ్యాచ్ ప్రక్రియ. మరియు సమయాన్ని కొలిచే సాధనాలు కనిపించిన చరిత్ర పాక్షికంగా కొత్త శక్తి వనరులు లేదా గడియారాలలో ఉపయోగించే కొత్త ఓసిలేటరీ వ్యవస్థల ఆవిర్భావం యొక్క చరిత్ర. సరళమైన గడియారం బహుశా సూర్య గడియారం కావచ్చు: దాని ఆపరేషన్ కోసం మీకు సూర్యుడు మరియు నీడను కలిగించే వస్తువు మాత్రమే అవసరం. సమయాన్ని నిర్ణయించే ఈ పద్ధతి యొక్క ప్రతికూలతలు స్పష్టంగా ఉన్నాయి. నీరు మరియు గంట అద్దాలు కూడా మంచివి కావు: అవి సాపేక్షంగా తక్కువ వ్యవధిని కొలిచేందుకు మాత్రమే సరిపోతాయి.

పురాతన యాంత్రిక గడియారం 1901లో ఏజియన్ సముద్రంలో మునిగిపోయిన ఓడలో ఆంటికిథెరా ద్వీపం సమీపంలో కనుగొనబడింది. అవి 33 నుండి 18 బై 10 సెంటీమీటర్ల కొలిచే ఒక చెక్క కేస్‌లో సుమారు 30 కాంస్య గేర్‌లను కలిగి ఉంటాయి మరియు దాదాపు వందవ సంవత్సరం BC నాటివి.

దాదాపు రెండు వేల సంవత్సరాలుగా, యాంత్రిక గడియారాలు అత్యంత ఖచ్చితమైనవి మరియు నమ్మదగినవి. 1657లో క్రిస్టియన్ హ్యూజెన్స్ యొక్క క్లాసిక్ వర్క్ “ది పెండ్యులం క్లాక్” (“హోరోలోజియం ఓసిలేటోరియం, సివ్ డి మోటు పెండ్యులోరమ్ యాన్ హోరోలాజియా ఆప్టాటో డెమోన్‌స్ట్రేషన్స్ జియోమెట్రికా”)లో కనిపించడం, లోలకంతో టైమ్ కీపింగ్ పరికరాన్ని డోలనం చేసే వ్యవస్థగా వివరిస్తుంది. అటువంటి రకమైన యాంత్రిక పరికరాల అభివృద్ధి చరిత్ర.

అయినప్పటికీ, ఖగోళ శాస్త్రవేత్తలు మరియు నావికులు ఇప్పటికీ వారి స్థానాన్ని మరియు ఖచ్చితమైన సమయాన్ని నిర్ణయించడానికి నక్షత్రాల ఆకాశం మరియు మ్యాప్‌లను ఉపయోగిస్తున్నారు. మొదటి ఎలక్ట్రిక్ గడియారాన్ని 1814లో ఫ్రాన్సిస్ రోనాల్డ్స్ కనుగొన్నారు. అయినప్పటికీ, ఉష్ణోగ్రత మార్పులకు సున్నితత్వం కారణంగా అటువంటి మొదటి పరికరం సరికాదు.

గడియారాల యొక్క తదుపరి చరిత్ర పరికరాలలో వివిధ డోలనం వ్యవస్థలను ఉపయోగించడంతో అనుసంధానించబడి ఉంది. బెల్ లాబొరేటరీస్ ద్వారా 1927లో ప్రవేశపెట్టబడిన క్వార్ట్జ్ గడియారాలు క్వార్ట్జ్ క్రిస్టల్ యొక్క పైజోఎలెక్ట్రిక్ లక్షణాలను ఉపయోగించుకున్నాయి: బహిర్గతం అయినప్పుడు విద్యుత్ ప్రవాహంక్రిస్టల్ కుంచించుకుపోవడం ప్రారంభమవుతుంది. ఆధునిక క్వార్ట్జ్ క్రోనోమీటర్లు నెలకు 0.3 సెకన్లలోపు ఖచ్చితమైనవిగా ఉంటాయి. అయినప్పటికీ, క్వార్ట్జ్ వృద్ధాప్యానికి గురవుతుంది కాబట్టి, గడియారాలు కాలక్రమేణా తక్కువ ఖచ్చితమైనవిగా మారతాయి.

అటామిక్ ఫిజిక్స్ అభివృద్ధితో, శాస్త్రవేత్తలు పదార్థం యొక్క కణాలను ఓసిలేటరీ సిస్టమ్‌లుగా ఉపయోగించాలని ప్రతిపాదించారు. మొదటి అణు గడియారాలు ఇలా కనిపించాయి. సమయాన్ని కొలవడానికి హైడ్రోజన్ యొక్క పరమాణు ప్రకంపనలను ఉపయోగించే అవకాశం గురించి 1879లో ఆంగ్ల భౌతిక శాస్త్రవేత్త లార్డ్ కెల్విన్ ప్రతిపాదించారు, అయితే 20వ శతాబ్దం మధ్య నాటికి మాత్రమే ఇది సాధ్యమైంది.

హుబెర్ట్ వాన్ హెర్కోమెర్ (1907) ద్వారా చిత్రలేఖనం యొక్క పునరుత్పత్తి

1930వ దశకంలో, అమెరికన్ భౌతిక శాస్త్రవేత్త మరియు న్యూక్లియర్ మాగ్నెటిక్ రెసొనెన్స్ మార్గదర్శకుడు ఇసిడోర్ రబీ సీసియం-133 అటామిక్ క్లాక్‌పై పని చేయడం ప్రారంభించాడు, అయితే యుద్ధం జరగడం అతన్ని అలా చేయకుండా నిరోధించింది. యుద్ధం తర్వాత, 1949లో, హెరాల్డ్ లియోన్సన్ భాగస్వామ్యంతో US నేషనల్ స్టాండర్డ్స్ కమిటీలో అమ్మోనియా అణువులను ఉపయోగించి మొదటి పరమాణు గడియారం సృష్టించబడింది. కానీ మొదటిసారిగా కొలిచే సాధనాలు ఆధునిక అణు గడియారాల వలె ఖచ్చితమైనవి కావు.

సాపేక్షంగా తక్కువ ఖచ్చితత్వం కారణంగా అమ్మోనియా అణువుల పరస్పర చర్య కారణంగా మరియు ఈ పదార్ధం ఉన్న కంటైనర్ గోడలతో, అణువుల శక్తి మార్చబడింది మరియు వాటి వర్ణపట రేఖలు విస్తరించాయి. ఈ ప్రభావం యాంత్రిక గడియారంలో ఘర్షణకు చాలా పోలి ఉంటుంది.

తరువాత, 1955లో, UK నేషనల్ ఫిజికల్ లాబొరేటరీకి చెందిన లూయిస్ ఎస్సెన్ మొదటి సీసియం-133 అటామిక్ క్లాక్‌ను ప్రవేశపెట్టాడు. ఈ గడియారం మిలియన్ సంవత్సరాలలో ఒక సెకను లోపాన్ని సేకరించింది. పరికరానికి NBS-1 అని పేరు పెట్టారు మరియు సీసియం ఫ్రీక్వెన్సీ ప్రమాణంగా పరిగణించడం ప్రారంభించారు.

అణు గడియారం యొక్క స్కీమాటిక్ రేఖాచిత్రం సర్క్యూట్ ప్రకారం డిస్క్రిమినేటర్ ద్వారా నియంత్రించబడే క్వార్ట్జ్ ఓసిలేటర్‌ను కలిగి ఉంటుంది అభిప్రాయం. ఓసిలేటర్ క్వార్ట్జ్ యొక్క పైజోఎలెక్ట్రిక్ లక్షణాలను ఉపయోగిస్తుంది, అయితే డిస్క్రిమినేటర్ అణువుల యొక్క శక్తివంతమైన కంపనాలను ఉపయోగిస్తుంది, తద్వారా క్వార్ట్జ్ యొక్క కంపనాలు అణువులు లేదా అణువులలోని వివిధ శక్తి స్థాయిల నుండి వచ్చే సంకేతాల ద్వారా ట్రాక్ చేయబడతాయి. జనరేటర్ మరియు డిస్క్రిమినేటర్ మధ్య అటామిక్ వైబ్రేషన్‌ల ఫ్రీక్వెన్సీకి ట్యూన్ చేయబడిన కాంపెన్సేటర్ ఉంది మరియు దానిని క్రిస్టల్ యొక్క వైబ్రేషన్ ఫ్రీక్వెన్సీతో పోలుస్తుంది.

గడియారంలో ఉపయోగించే పరమాణువులు తప్పనిసరిగా స్థిరమైన కంపనాలను అందించాలి. విద్యుదయస్కాంత వికిరణం యొక్క ప్రతి ఫ్రీక్వెన్సీకి, అణువులు ఉన్నాయి: కాల్షియం, స్ట్రోంటియం, రూబిడియం, సీసియం, హైడ్రోజన్. లేదా అమ్మోనియా మరియు అయోడిన్ అణువులు కూడా.

సమయ ప్రమాణం

అణు సమయాన్ని కొలిచే సాధనాల ఆగమనంతో, రెండవదాన్ని నిర్ణయించడానికి వాటిని సార్వత్రిక ప్రమాణంగా ఉపయోగించడం సాధ్యమైంది. 1884 నుండి, గ్రీన్విచ్ టైమ్, ప్రపంచ ప్రమాణంగా పరిగణించబడుతుంది, పరమాణు గడియారాల ప్రమాణానికి దారితీసింది. 1967లో, 12వ జనరల్ కాన్ఫరెన్స్ ఆఫ్ వెయిట్స్ అండ్ మెజర్స్ నిర్ణయం ద్వారా, సీసియం-133 పరమాణువు యొక్క గ్రౌండ్ స్టేట్‌లోని రెండు హైపర్‌ఫైన్ స్థాయిల మధ్య పరివర్తనకు అనుగుణంగా ఒక సెకను 9192631770 కాలాల రేడియేషన్ వ్యవధిగా నిర్వచించబడింది. రెండవది ఈ నిర్వచనం ఖగోళ పారామితులపై ఆధారపడి ఉండదు మరియు గ్రహం మీద ఎక్కడైనా పునరుత్పత్తి చేయవచ్చు. అటామిక్ క్లాక్ స్టాండర్డ్‌లో ఉపయోగించే సీసియం-133, భూమిపై 100% సమృద్ధిగా ఉన్న సీసియం యొక్క ఏకైక స్థిరమైన ఐసోటోప్.

పరమాణు గడియారంఉపగ్రహ నావిగేషన్ సిస్టమ్‌లలో కూడా ఉపయోగించబడతాయి; అవి ఖచ్చితమైన సమయం మరియు ఉపగ్రహ కోఆర్డినేట్‌లను నిర్ణయించడం అవసరం. ఈ విధంగా, ప్రతి GPS ఉపగ్రహం అటువంటి గడియారాల యొక్క నాలుగు సెట్లను కలిగి ఉంటుంది: రెండు రుబిడియం మరియు రెండు సీసియం, ఇవి 50 నానోసెకన్ల సిగ్నల్ ప్రసార ఖచ్చితత్వాన్ని నిర్ధారిస్తాయి. GLONASS వ్యవస్థ యొక్క రష్యన్ ఉపగ్రహాలు కూడా సీసియం మరియు రూబిడియం అటామిక్ టైమ్ కొలిచే పరికరాలతో అమర్చబడి ఉంటాయి మరియు యూరోపియన్ గెలీలియో జియోపొజిషనింగ్ సిస్టమ్ యొక్క ఉపగ్రహాలు హైడ్రోజన్ మరియు రుబిడియంతో అమర్చబడి ఉంటాయి.

హైడ్రోజన్ గడియారాల ఖచ్చితత్వం అత్యధికం. ఇది 12 గంటల్లో 0.45 నానోసెకన్లు. స్పష్టంగా, గెలీలియో అటువంటి ఖచ్చితమైన గడియారాలను ఉపయోగించడం వల్ల ఈ నావిగేషన్ సిస్టమ్ ఇప్పటికే 2015లో నాయకుడిగా మారుతుంది, కక్ష్యలో దాని 18 ఉపగ్రహాలు ఉంటాయి.

కాంపాక్ట్ అణు గడియారం

హ్యూలెట్-ప్యాకర్డ్ కాంపాక్ట్ అటామిక్ క్లాక్‌ను అభివృద్ధి చేసిన మొదటి కంపెనీగా అవతరించింది. 1964లో, ఆమె పెద్ద సూట్‌కేస్ పరిమాణంలో ఉన్న HP 5060A సీసియం పరికరాన్ని రూపొందించింది. కంపెనీ ఈ దిశను అభివృద్ధి చేయడం కొనసాగించింది, అయితే 2005లో ఇది అణు గడియారాలను అభివృద్ధి చేసే తన విభాగాన్ని సిమెట్రికామ్‌కు విక్రయించింది.

2011లో, డ్రేపర్ లాబొరేటరీ మరియు శాండియా నేషనల్ లాబొరేటరీస్‌కు చెందిన నిపుణులు అభివృద్ధి చేశారు మరియు సిమెట్రికామ్ మొదటి సూక్ష్మ అణు గడియారం క్వాంటమ్‌ను విడుదల చేసింది. విడుదల సమయంలో, వాటి ధర సుమారు 15 వేల డాలర్లు, 40 బై 35 బై 11 మిల్లీమీటర్లు మరియు 35 గ్రాముల బరువున్న సీల్డ్ కేసులో ఉంచబడ్డాయి. గడియారం యొక్క విద్యుత్ వినియోగం 120 మిల్లీవాట్ల కంటే తక్కువగా ఉంది. అవి వాస్తవానికి పెంటగాన్ యొక్క ఆర్డర్ ద్వారా అభివృద్ధి చేయబడ్డాయి మరియు GPS సిస్టమ్‌ల నుండి స్వతంత్రంగా పనిచేసే నావిగేషన్ సిస్టమ్‌లను అందించడానికి ఉద్దేశించబడ్డాయి, ఉదాహరణకు, లోతైన నీరు లేదా భూమి.

ఇప్పటికే 2013 చివరిలో, అమెరికన్ కంపెనీ బాతీస్ హవాయి మొదటి "మణికట్టు" అణు గడియారాన్ని పరిచయం చేసింది. వారు Symmetricom ద్వారా తయారు చేయబడిన SA.45s చిప్‌ను ప్రధాన భాగం వలె ఉపయోగిస్తారు. చిప్ లోపల సీసియం -133 తో క్యాప్సూల్ ఉంది. వాచ్ రూపకల్పనలో ఫోటోసెల్స్ మరియు తక్కువ-పవర్ లేజర్ కూడా ఉన్నాయి. రెండోది సీసియం వాయువు యొక్క వేడిని నిర్ధారిస్తుంది, దీని ఫలితంగా దాని అణువులు ఒక శక్తి స్థాయి నుండి మరొకదానికి వెళ్లడం ప్రారంభిస్తాయి. అటువంటి పరివర్తనను రికార్డ్ చేయడం ద్వారా సమయం యొక్క కొలత ఖచ్చితంగా నిర్వహించబడుతుంది. కొత్త పరికరం ధర సుమారు 12 వేల డాలర్లు.

సూక్ష్మీకరణ, స్వయంప్రతిపత్తి మరియు ఖచ్చితత్వం వైపు పోకడలు సమీప భవిష్యత్తులో అణు గడియారాలను ఉపయోగించే కొత్త పరికరాలు అన్ని ప్రాంతాలలో కనిపిస్తాయి. మానవ జీవితం, మొదలవుతుంది అంతరిక్ష పరిశోధనకక్ష్య ఉపగ్రహాలు మరియు స్టేషన్లలో గది మరియు మణికట్టు వ్యవస్థలలో గృహ అనువర్తనాలకు.

ఈ అత్యంత ఖచ్చితమైన యంత్రాంగాన్ని ఏ "వాచ్‌మేకర్స్" కనిపెట్టారు మరియు పరిపూర్ణం చేసారు? అతనికి ప్రత్యామ్నాయం ఉందా? దాన్ని గుర్తించడానికి ప్రయత్నిద్దాం.

2012లో, అణు సమయపాలన దాని నలభై-ఐదవ వార్షికోత్సవాన్ని జరుపుకుంటుంది. 1967లో, ఇంటర్నేషనల్ సిస్టమ్ ఆఫ్ యూనిట్స్‌లో సమయం యొక్క వర్గాన్ని ఖగోళ ప్రమాణాల ద్వారా కాకుండా సీసియం ఫ్రీక్వెన్సీ ప్రమాణం ద్వారా నిర్ణయించడం ప్రారంభమైంది. దీన్నే సామాన్యులు అణు గడియారం అంటారు.

అటామిక్ ఓసిలేటర్ల ఆపరేటింగ్ సూత్రం ఏమిటి? ఈ "పరికరాలు" ప్రతిధ్వని ఫ్రీక్వెన్సీ మూలంగా అణువులు లేదా అణువుల క్వాంటం శక్తి స్థాయిలను ఉపయోగిస్తాయి. క్వాంటం మెకానిక్స్ అనేక వివిక్త శక్తి స్థాయిలను "అటామిక్ న్యూక్లియస్ - ఎలక్ట్రాన్లు" వ్యవస్థతో కలుపుతుంది. ఒక నిర్దిష్ట ఫ్రీక్వెన్సీ యొక్క విద్యుదయస్కాంత క్షేత్రం నుండి ఈ వ్యవస్థ యొక్క పరివర్తనను రేకెత్తిస్తుంది కింది స్థాయిఉన్నత స్థాయికి. వ్యతిరేక దృగ్విషయం కూడా సాధ్యమే: శక్తిని విడుదల చేయడం ద్వారా అణువు అధిక శక్తి స్థాయి నుండి తక్కువ స్థాయికి కదులుతుంది. రెండు దృగ్విషయాలను నియంత్రించవచ్చు మరియు ఈ శక్తి ఇంటర్‌లెవల్ జంప్‌లను రికార్డ్ చేయవచ్చు, తద్వారా ఓసిలేటరీ సర్క్యూట్ యొక్క సారూప్యతను సృష్టిస్తుంది. ఈ సర్క్యూట్ యొక్క ప్రతిధ్వని పౌనఃపున్యం ప్లాంక్ యొక్క స్థిరాంకంతో విభజించబడిన రెండు పరివర్తన స్థాయిల మధ్య శక్తి వ్యత్యాసానికి సమానంగా ఉంటుంది.

ఫలితంగా వచ్చే అటామిక్ ఓసిలేటర్ దాని ఖగోళ మరియు యాంత్రిక పూర్వీకుల కంటే నిస్సందేహంగా ప్రయోజనాలను కలిగి ఉంది. ఓసిలేటర్ కోసం ఎంచుకున్న పదార్ధం యొక్క అన్ని పరమాణువుల ప్రతిధ్వని పౌనఃపున్యం లోలకాలు మరియు పైజోక్రిస్టల్‌ల వలె కాకుండా ఒకే విధంగా ఉంటుంది. అదనంగా, అణువులు కాలక్రమేణా వాటి లక్షణాలను ధరించవు లేదా మార్చవు. వాస్తవంగా శాశ్వతమైన మరియు అత్యంత ఖచ్చితమైన క్రోనోమీటర్‌కు అనువైనది.

మొదటిసారిగా, పరమాణువులలో ఇంటర్‌లెవల్ శక్తి పరివర్తనలను ఫ్రీక్వెన్సీ ప్రమాణంగా ఉపయోగించే అవకాశాన్ని 1879లో బ్రిటిష్ భౌతిక శాస్త్రవేత్త విలియం థామ్సన్ లార్డ్ కెల్విన్ అని పిలుస్తారు. అతను హైడ్రోజన్‌ను రెసొనేటర్ అణువుల మూలంగా ఉపయోగించాలని ప్రతిపాదించాడు. అయినప్పటికీ, అతని పరిశోధన సైద్ధాంతిక స్వభావం కలిగి ఉంది. ఆ సమయంలో సైన్స్ అటామిక్ క్రోనోమీటర్‌ను అభివృద్ధి చేయడానికి ఇంకా సిద్ధంగా లేదు.

లార్డ్ కెల్విన్ ఆలోచన కార్యరూపం దాల్చడానికి దాదాపు వంద సంవత్సరాలు పట్టింది. ఇది చాలా కాలం, కానీ పని సులభం కాదు. పరమాణువులను ఆదర్శ లోలకాలుగా మార్చడం సిద్ధాంతం కంటే ఆచరణలో చాలా కష్టంగా మారింది. ప్రతిధ్వని వెడల్పు అని పిలవబడే యుద్ధంలో ఇబ్బంది ఉంది - అణువులు స్థాయి నుండి స్థాయికి కదులుతున్నప్పుడు శక్తి యొక్క శోషణ మరియు ఉద్గారం యొక్క ఫ్రీక్వెన్సీలో చిన్న హెచ్చుతగ్గులు. ప్రతిధ్వని వెడల్పుకు ప్రతిధ్వని ఫ్రీక్వెన్సీ నిష్పత్తి పరమాణు ఓసిలేటర్ నాణ్యతను నిర్ణయిస్తుంది. సహజంగానే, ప్రతిధ్వని వెడల్పు యొక్క పెద్ద విలువ, పరమాణు లోలకం యొక్క నాణ్యత తక్కువగా ఉంటుంది. దురదృష్టవశాత్తు, నాణ్యతను మెరుగుపరచడానికి ప్రతిధ్వని ఫ్రీక్వెన్సీని పెంచడం సాధ్యం కాదు. ప్రతి నిర్దిష్ట పదార్ధం యొక్క పరమాణువులకు ఇది స్థిరంగా ఉంటుంది. కానీ అణువుల పరిశీలన సమయాన్ని పెంచడం ద్వారా ప్రతిధ్వని వెడల్పును తగ్గించవచ్చు.

సాంకేతికంగా, దీనిని ఈ క్రింది విధంగా సాధించవచ్చు: ఒక బాహ్య, ఉదాహరణకు క్వార్ట్జ్, ఓసిలేటర్ క్రమానుగతంగా విద్యుదయస్కాంత వికిరణాన్ని ఉత్పత్తి చేస్తుంది, దీని వలన దాత పదార్ధం యొక్క పరమాణువులు శక్తి స్థాయిలను దాటుతాయి. ఈ సందర్భంలో, పరమాణు క్రోనోగ్రాఫ్ ట్యూనర్ యొక్క పని ఈ క్వార్ట్జ్ ఓసిలేటర్ యొక్క ఫ్రీక్వెన్సీని పరమాణువుల ఇంటర్‌లెవల్ పరివర్తన యొక్క ప్రతిధ్వని ఫ్రీక్వెన్సీకి వీలైనంత దగ్గరగా తీసుకురావడం. అణు కంపనాలు మరియు క్వార్ట్జ్ యొక్క ఫ్రీక్వెన్సీని నియంత్రించే అభిప్రాయాన్ని సృష్టించడం యొక్క తగినంత సుదీర్ఘ కాలం పరిశీలనలో ఇది సాధ్యమవుతుంది.

నిజమే, అటామిక్ క్రోనోగ్రాఫ్‌లో ప్రతిధ్వని వెడల్పును తగ్గించే సమస్యతో పాటు, ఇతర సమస్యలు చాలా ఉన్నాయి. ఇది డాప్లర్ ప్రభావం - పరమాణువుల కదలిక కారణంగా ప్రతిధ్వని ఫ్రీక్వెన్సీలో మార్పు, మరియు పరమాణువుల పరస్పర ఘర్షణలు, ప్రణాళిక లేని శక్తి పరివర్తనలకు కారణమవుతాయి మరియు కృష్ణ పదార్థం యొక్క విస్తృత శక్తి ప్రభావం కూడా.

మొదటిసారి ప్రయత్నించండి ఆచరణాత్మక అమలుఅణు గడియారాన్ని గత శతాబ్దపు ముప్పైలలో కొలంబియా విశ్వవిద్యాలయంలోని శాస్త్రవేత్తలు భవిష్యత్తు నాయకత్వంలో చేపట్టారు. నోబెల్ గ్రహీతడాక్టర్ ఇసిడోర్ రబీ. సీసియం ఐసోటోప్ 133 Cs ను లోలకం అణువుల మూలంగా ఉపయోగించాలని రబీ ప్రతిపాదించాడు. దురదృష్టవశాత్తూ, NBS పట్ల ఎంతో ఆసక్తి ఉన్న రబీ యొక్క పని రెండవ ప్రపంచ యుద్ధం కారణంగా అంతరాయం కలిగింది.

ఇది పూర్తయిన తర్వాత, అటామిక్ క్రోనోగ్రాఫ్ అమలులో ప్రధాన బాధ్యత NBS ఉద్యోగి హెరాల్డ్ లియోన్స్‌కు చేరింది. అతని అటామిక్ ఓసిలేటర్ అమ్మోనియాపై నడిచింది మరియు క్వార్ట్జ్ రెసొనేటర్‌ల యొక్క ఉత్తమ ఉదాహరణలతో పోల్చదగిన లోపాన్ని ఇచ్చింది. 1949లో, సాధారణ ప్రజలకు అమ్మోనియా అటామిక్ క్లాక్ ప్రదర్శించబడింది. మధ్యస్థమైన ఖచ్చితత్వం ఉన్నప్పటికీ, వారు భవిష్యత్ తరాల పరమాణు క్రోనోగ్రాఫ్‌ల ప్రాథమిక సూత్రాలను అమలు చేశారు.

లూయిస్ ఎస్సెన్ పొందిన సీసియం అణు గడియారం యొక్క నమూనా 1 * 10 -9 యొక్క ఖచ్చితత్వాన్ని అందించింది, అయితే ప్రతిధ్వని వెడల్పు 340 హెర్ట్జ్ మాత్రమే.

కొద్దిసేపటి తర్వాత, హార్వర్డ్ యూనివర్సిటీ ప్రొఫెసర్ నార్మన్ రామ్సే ఇసిడోర్ రబీ ఆలోచనలను మెరుగుపరిచారు, కొలతల ఖచ్చితత్వంపై డాప్లర్ ప్రభావం యొక్క ప్రభావాన్ని తగ్గించారు. అతను ఒక పొడవైన హై-ఫ్రీక్వెన్సీ పల్స్ ఉత్తేజపరిచే పరమాణువులకు బదులుగా, ఒకదానికొకటి కొంత దూరంలో వేవ్‌గైడ్ చేతులకు పంపబడిన రెండు చిన్న వాటిని ఉపయోగించాలని ప్రతిపాదించాడు. ఇది ప్రతిధ్వని వెడల్పును పదునుగా తగ్గించడం సాధ్యం చేసింది మరియు వాస్తవానికి వారి క్వార్ట్జ్ పూర్వీకులకు కచ్చితత్వంతో అధిక పరిమాణంలో ఉండే అటామిక్ ఓసిలేటర్‌లను సృష్టించడం సాధ్యం చేసింది.

గత శతాబ్దం యాభైలలో, నేషనల్ ఫిజికల్ లాబొరేటరీ (UK)లో నార్మన్ రామ్‌సే ప్రతిపాదించిన పథకం ఆధారంగా, దాని ఉద్యోగి లూయిస్ ఎస్సెన్ గతంలో రబీ ప్రతిపాదించిన సీసియం ఐసోటోప్ 133 Cs ఆధారంగా అటామిక్ ఓసిలేటర్‌పై పనిచేశాడు. సీసియం అనుకోకుండా ఎంపిక చేయబడలేదు.

సీసియం-133 ఐసోటోప్ పరమాణువుల హైపర్‌ఫైన్ ట్రాన్సిషన్ స్థాయిల పథకం

క్షార లోహాల సమూహానికి చెందిన, సీసియం పరమాణువులు శక్తి స్థాయిల మధ్య దూకడానికి చాలా సులభంగా ఉత్తేజితమవుతాయి. ఉదాహరణకు, కాంతి పుంజం సీసియం పరమాణు నిర్మాణం నుండి ఎలక్ట్రాన్ల ప్రవాహాన్ని సులభంగా తట్టిలేపుతుంది. ఈ లక్షణం కారణంగా సీసియం ఫోటోడెటెక్టర్లలో విస్తృతంగా ఉపయోగించబడుతుంది.

రామ్‌సే వేవ్‌గైడ్ ఆధారంగా క్లాసికల్ సీసియం ఓసిలేటర్ రూపకల్పన

మొదటి అధికారిక సీసియం ఫ్రీక్వెన్సీ ప్రమాణం NBS-1

NBS-1 యొక్క సంతతి - NIST-7 ఓసిలేటర్ సీసియం అణువుల పుంజం యొక్క లేజర్ పంపింగ్‌ను ఉపయోగించింది

ఎస్సెన్ ప్రోటోటైప్ నిజమైన ప్రమాణంగా మారడానికి, దానికంటే ఎక్కువ సమయం పట్టింది నాలుగు సంవత్సరాలు. అన్నింటికంటే, అణు గడియారాల యొక్క ఖచ్చితమైన సర్దుబాటు అనేది ఇప్పటికే ఉన్న ఎఫెమెరిస్ సమయ యూనిట్లతో పోల్చడం ద్వారా మాత్రమే సాధ్యమైంది. నాలుగు సంవత్సరాల కాలంలో, US నావల్ అబ్జర్వేటరీ యొక్క విలియం మార్కోవిట్జ్ కనిపెట్టిన ఖచ్చితమైన చంద్ర కెమెరాను ఉపయోగించి భూమి చుట్టూ చంద్రుని భ్రమణాన్ని పరిశీలించడం ద్వారా అటామిక్ ఓసిలేటర్ క్రమాంకనం చేయబడింది.

అణు గడియారాల యొక్క "సర్దుబాటు" 1955 నుండి 1958 వరకు 1955 నుండి 1958 వరకు నిర్వహించబడింది, ఆ తర్వాత పరికరాన్ని NBS అధికారికంగా ఫ్రీక్వెన్సీ ప్రమాణంగా గుర్తించింది. అంతేకాకుండా, సీసియం అణు గడియారాల యొక్క అపూర్వమైన ఖచ్చితత్వం SI ప్రమాణంలో సమయం యూనిట్‌ను మార్చడానికి NBSని ప్రేరేపించింది. 1958 నుండి, రెండవది అధికారికంగా "సీసియం-133 ఐసోటోప్ యొక్క పరమాణువు యొక్క ప్రామాణిక స్థితి యొక్క రెండు హైపర్‌ఫైన్ స్థాయిల మధ్య పరివర్తనకు సంబంధించిన రేడియేషన్ యొక్క 9,192,631,770 కాలాల వ్యవధి"గా స్వీకరించబడింది.

లూయిస్ ఎస్సెన్ యొక్క పరికరానికి NBS-1 అని పేరు పెట్టారు మరియు ఇది మొదటి సీసియం ఫ్రీక్వెన్సీ ప్రమాణంగా పరిగణించబడింది.

తరువాతి ముప్పై సంవత్సరాలలో, NBS-1 యొక్క ఆరు మార్పులు అభివృద్ధి చేయబడ్డాయి, వీటిలో తాజాది, లేజర్ ట్రాప్‌లతో అయస్కాంతాలను భర్తీ చేయడం ద్వారా 1993లో సృష్టించబడిన NIST-7, కేవలం అరవై మాత్రమే ప్రతిధ్వనించే వెడల్పుతో 5 * 10 -15 ఖచ్చితత్వాన్ని అందిస్తుంది. - రెండు హెర్ట్జ్.

NBS ఉపయోగించే సీసియం ఫ్రీక్వెన్సీ ప్రమాణాల లక్షణాల పోలిక పట్టిక

NBS పరికరాలు స్థిరమైన స్టాండ్‌లు, ఇది వాటిని ఆచరణాత్మకంగా ఉపయోగించే ఓసిలేటర్‌ల కంటే ప్రమాణాలుగా వర్గీకరించడానికి అనుమతిస్తుంది. కానీ పూర్తిగా ఆచరణాత్మక ప్రయోజనాల కోసం, హ్యూలెట్-ప్యాకర్డ్ సీసియం ఫ్రీక్వెన్సీ ప్రమాణం యొక్క ప్రయోజనం కోసం పనిచేశారు. 1964 లో, భవిష్యత్ కంప్యూటర్ దిగ్గజం సీసియం ఫ్రీక్వెన్సీ ప్రమాణం యొక్క కాంపాక్ట్ వెర్షన్‌ను సృష్టించింది - HP 5060A పరికరం.

NBS ప్రమాణాలను ఉపయోగించి క్రమాంకనం చేయబడిన, HP 5060 ఫ్రీక్వెన్సీ ప్రమాణాలు సాధారణ రేడియో పరికరాల ర్యాక్‌కి సరిపోతాయి మరియు వాణిజ్యపరంగా విజయవంతమయ్యాయి. హ్యూలెట్-ప్యాకర్డ్ సెట్ చేసిన సీసియం ఫ్రీక్వెన్సీ ప్రమాణానికి ధన్యవాదాలు, అణు గడియారాల యొక్క అపూర్వమైన ఖచ్చితత్వం విస్తృతంగా మారింది.

హ్యూలెట్-ప్యాకర్డ్ 5060A.

ఫలితంగా, ఉపగ్రహ టెలివిజన్ మరియు కమ్యూనికేషన్లు, గ్లోబల్ నావిగేషన్ సిస్టమ్స్ మరియు ఇన్ఫర్మేషన్ నెట్‌వర్క్ టైమ్ సింక్రొనైజేషన్ సేవలు వంటివి సాధ్యమయ్యాయి. పారిశ్రామికీకరించబడిన అటామిక్ క్రోనోగ్రాఫ్ టెక్నాలజీ కోసం అనేక అప్లికేషన్లు ఉన్నాయి. అదే సమయంలో, హ్యూలెట్-ప్యాకర్డ్ అక్కడ ఆగలేదు మరియు సీసియం ప్రమాణాల నాణ్యత మరియు వాటి బరువు మరియు పరిమాణాలను నిరంతరం మెరుగుపరుస్తుంది.

అణు గడియారాల హ్యూలెట్-ప్యాకర్డ్ కుటుంబం

2005లో, హ్యూలెట్-ప్యాకర్డ్ యొక్క అటామిక్ క్లాక్ డివిజన్ సిమెట్రికామ్‌కు విక్రయించబడింది.

సీసియంతో పాటు, ప్రకృతిలో నిల్వలు చాలా పరిమితం, మరియు వివిధ సాంకేతిక రంగాలలో దీనికి డిమాండ్ చాలా ఎక్కువగా ఉంది, రూబిడియం, దీని లక్షణాలు సీసియంకు చాలా దగ్గరగా ఉంటాయి, దాత పదార్థంగా ఉపయోగించబడింది.

అని అనిపించవచ్చు, ఇప్పటికే ఉన్న పథకంఅణు గడియారాలు పరిపూర్ణతకు తీసుకురాబడ్డాయి. ఇంతలో, ఇది ఒక బాధించే లోపాన్ని కలిగి ఉంది, దీని తొలగింపు రెండవ తరం సీసియం ఫ్రీక్వెన్సీ ప్రమాణాలలో సాధ్యమైంది, దీనిని సీసియం ఫౌంటైన్లు అని పిలుస్తారు.

సమయం మరియు ఆప్టికల్ మొలాసిస్ యొక్క ఫౌంటైన్లు

సీసియం పరమాణువుల స్థితి యొక్క లేజర్ గుర్తింపును ఉపయోగించే NIST-7 అటామిక్ క్రోనోమీటర్ యొక్క అత్యధిక ఖచ్చితత్వం ఉన్నప్పటికీ, దాని రూపకల్పన సీసియం ఫ్రీక్వెన్సీ ప్రమాణాల యొక్క మొదటి సంస్కరణల రూపకల్పనల నుండి ప్రాథమికంగా భిన్నంగా లేదు.

ఈ అన్ని పథకాల రూపకల్పన ప్రతికూలత ఏమిటంటే, వేవ్‌గైడ్‌లో కదులుతున్న సీసియం అణువుల పుంజం యొక్క ప్రచార వేగాన్ని నియంత్రించడం ప్రాథమికంగా అసాధ్యం. గది ఉష్ణోగ్రత వద్ద సీసియం అణువుల కదలిక వేగం సెకనుకు వంద మీటర్లు అయినప్పటికీ ఇది. అతిశీఘ్రంగా.

అందుకే సీసియం ప్రమాణాల యొక్క అన్ని మార్పులు వేవ్‌గైడ్ పరిమాణం మధ్య సమతుల్యత కోసం అన్వేషణగా ఉంటాయి, ఇది రెండు పాయింట్ల వద్ద వేగవంతమైన సీసియం అణువులను ప్రభావితం చేసే సమయాన్ని కలిగి ఉంటుంది మరియు ఈ ప్రభావం యొక్క ఫలితాలను గుర్తించే ఖచ్చితత్వం. వేవ్‌గైడ్ చిన్నది, అదే పరమాణువులను ప్రభావితం చేసే వరుస విద్యుదయస్కాంత పల్స్‌లను తయారు చేయడం చాలా కష్టం.

సీసియం పరమాణువుల వేగాన్ని తగ్గించే మార్గాన్ని మనం కనుగొంటే? గత శతాబ్దపు నలభైల చివరలో పరమాణువుల ప్రవర్తనపై గురుత్వాకర్షణ ప్రభావం గురించి అధ్యయనం చేసిన MIT విద్యార్థి జెరోల్డ్ జకారియస్ ఈ ఆలోచనను కలిగి ఉన్నాడు. తరువాత, సీసియం ఫ్రీక్వెన్సీ స్టాండర్డ్ అటోమిక్రాన్ యొక్క వేరియంట్ అభివృద్ధిలో పాల్గొన్న జకారియస్ సీసియం ఫౌంటెన్ ఆలోచనను ప్రతిపాదించాడు - సీసియం అణువుల వేగాన్ని సెకనుకు ఒక సెంటీమీటర్‌కు తగ్గించడానికి మరియు డబుల్ ఆర్మ్డ్ వేవ్‌గైడ్‌ను వదిలించుకోవడానికి ఒక పద్ధతి. సంప్రదాయ పరమాణు ఆసిలేటర్లు.

జకారియస్ ఆలోచన చాలా సులభం. మీరు ఓసిలేటర్ లోపల సీసియం అణువులను నిలువుగా కాల్చినట్లయితే? అప్పుడు అదే పరమాణువులు రెండుసార్లు డిటెక్టర్ గుండా వెళతాయి: ఒకసారి పైకి ప్రయాణిస్తున్నప్పుడు, మరియు మళ్లీ క్రిందికి, అవి గురుత్వాకర్షణ ప్రభావంతో పరుగెత్తుతాయి. ఈ సందర్భంలో, అణువుల క్రిందికి కదలిక వాటి టేకాఫ్ కంటే చాలా నెమ్మదిగా ఉంటుంది, ఎందుకంటే ఫౌంటెన్‌లో వారి ప్రయాణంలో అవి శక్తిని కోల్పోతాయి. దురదృష్టవశాత్తు, గత శతాబ్దపు యాభైలలో, జకారియస్ తన ఆలోచనలను గ్రహించలేకపోయాడు. అతని ప్రయోగాత్మక సెటప్‌లో, పైకి కదులుతున్న అణువులు క్రిందికి పడే వాటితో సంకర్షణ చెందుతాయి, ఇది గుర్తించే ఖచ్చితత్వాన్ని గందరగోళపరిచింది.

జకారియస్ ఆలోచన ఎనభైలలో మాత్రమే తిరిగి వచ్చింది. స్టీవెన్ చు నేతృత్వంలోని స్టాన్‌ఫోర్డ్ విశ్వవిద్యాలయంలోని శాస్త్రవేత్తలు, వారు "ఆప్టికల్ మొలాసిస్" అని పిలిచే పద్ధతిని ఉపయోగించి జకారియస్ ఫౌంటెన్‌ను గ్రహించడానికి ఒక మార్గాన్ని కనుగొన్నారు.

చు సీసియం ఫౌంటెన్‌లో, సీసియం పరమాణువుల మేఘం పైకి కాల్చివేయబడిన మూడు జతల కౌంటర్-డైరెక్టెడ్ లేజర్‌ల వ్యవస్థ ద్వారా ముందుగా చల్లబరుస్తుంది, ఇవి సీసియం పరమాణువుల ఆప్టికల్ రెసొనెన్స్‌కు దిగువన ప్రతిధ్వనించే ఫ్రీక్వెన్సీని కలిగి ఉంటాయి.

ఆప్టికల్ మొలాసిస్‌తో సీసియం ఫౌంటెన్ యొక్క పథకం.

లేజర్-కూల్డ్ సీసియం అణువులు మొలాసిస్ ద్వారా నెమ్మదిగా కదలడం ప్రారంభిస్తాయి. వాటి వేగం సెకనుకు మూడు మీటర్లకు పడిపోతుంది. అణువుల వేగాన్ని తగ్గించడం పరిశోధకులకు స్థితులను మరింత ఖచ్చితంగా గుర్తించే అవకాశాన్ని ఇస్తుంది (వంద వేగంతో కదులుతున్న కారు కంటే గంటకు ఒక కిలోమీటరు వేగంతో కారు యొక్క లైసెన్స్ ప్లేట్లు చూడటం చాలా సులభం అని మీరు అంగీకరించాలి. గంటకు కిలోమీటర్లు).

చల్లబడిన సీసియం అణువుల బంతి ఒక మీటరు పైకి ప్రయోగించబడుతుంది, మార్గం వెంట వేవ్‌గైడ్‌ను దాటుతుంది, దీని ద్వారా అణువులు ప్రతిధ్వని ఫ్రీక్వెన్సీ యొక్క విద్యుదయస్కాంత క్షేత్రానికి బహిర్గతమవుతాయి. మరియు సిస్టమ్ యొక్క డిటెక్టర్ మొదటిసారిగా అణువుల స్థితిలో మార్పును నమోదు చేస్తుంది. "పైకప్పు" చేరుకున్న తరువాత, చల్లబడిన అణువులు గురుత్వాకర్షణ కారణంగా పడటం ప్రారంభిస్తాయి మరియు రెండవసారి వేవ్‌గైడ్ గుండా వెళతాయి. తిరిగి వెళ్లేటప్పుడు, డిటెక్టర్ మళ్లీ వారి పరిస్థితిని నమోదు చేస్తుంది. అణువులు చాలా నెమ్మదిగా కదులుతాయి కాబట్టి, చాలా దట్టమైన మేఘం రూపంలో వాటి విమానాన్ని నియంత్రించడం సులభం, అంటే ఫౌంటెన్‌లో అణువులు ఒకే సమయంలో పైకి క్రిందికి ఎగురుతూ ఉండవు.

చు యొక్క సీసియం ఫౌంటెన్ సౌకర్యాన్ని 1998లో NBS ఒక ఫ్రీక్వెన్సీ ప్రమాణంగా స్వీకరించింది మరియు NIST-F1 అని పేరు పెట్టబడింది. దీని లోపం 4 * 10 -16, అంటే దాని ముందున్న NIST-7 కంటే NIST-F1 మరింత ఖచ్చితమైనది.

నిజానికి, సీసియం పరమాణువుల స్థితిని కొలిచేందుకు NIST-F1 ఖచ్చితత్వ పరిమితిని చేరుకుంది. కానీ శాస్త్రవేత్తలు ఈ విజయంతో ఆగలేదు. అణు గడియారాల ఆపరేషన్‌లో బ్లాక్ బాడీ రేడియేషన్ ప్రవేశపెట్టే లోపాన్ని తొలగించాలని వారు నిర్ణయించుకున్నారు - సీసియం అణువుల పరస్పర చర్య ఫలితంగా అవి కదిలే ఇన్‌స్టాలేషన్ యొక్క శరీరం యొక్క థర్మల్ రేడియేషన్. కొత్త NIST-F2 అటామిక్ క్రోనోగ్రాఫ్ క్రయోజెనిక్ చాంబర్‌లో సీసియం ఫౌంటెన్‌ను ఉంచింది, బ్లాక్ బాడీ రేడియేషన్‌ను దాదాపు సున్నాకి తగ్గించింది. NIST-F2 లోపం నమ్మశక్యం కాని 3*10 -17.

సీసియం ఫ్రీక్వెన్సీ ప్రామాణిక ఎంపికల లోపం తగ్గింపు గ్రాఫ్

ప్రస్తుతం, సీసియం ఫౌంటైన్‌లపై ఆధారపడిన అణు గడియారాలు మానవాళికి అత్యంత ఖచ్చితమైన సమయ ప్రమాణాన్ని అందిస్తాయి, దీనికి సంబంధించి మన సాంకేతిక నాగరికత యొక్క పల్స్ కొట్టుకుంటుంది. ఇంజనీరింగ్ ఉపాయాలకు ధన్యవాదాలు, NIST-F1 మరియు NIST-F2 యొక్క స్థిర సంస్కరణల్లో సీసియం అణువులను చల్లబరిచే పల్సెడ్ హైడ్రోజన్ మేజర్‌లు మాగ్నెటో-ఆప్టికల్ సిస్టమ్‌తో కలిసి పనిచేసే సాంప్రదాయ లేజర్ పుంజంతో భర్తీ చేయబడ్డాయి. ఇది కాంపాక్ట్ మరియు చాలా స్థిరమైన నిర్మాణాలను సృష్టించడం సాధ్యం చేసింది. బాహ్య ప్రభావాలుఅంతరిక్ష నౌకలో పని చేయగల NIST-Fx ప్రమాణాల వైవిధ్యాలు. చాలా ఊహాత్మకంగా "ఏరోస్పేస్ కోల్డ్ అటామ్ క్లాక్" అని పిలుస్తారు, ఈ ఫ్రీక్వెన్సీ ప్రమాణాలు GPS వంటి నావిగేషన్ సిస్టమ్‌ల ఉపగ్రహాలలో ఇన్‌స్టాల్ చేయబడ్డాయి, ఇది మా గాడ్జెట్‌లలో ఉపయోగించే GPS రిసీవర్‌ల కోఆర్డినేట్‌ల యొక్క చాలా ఖచ్చితమైన గణన సమస్యను పరిష్కరించడానికి వారి అద్భుతమైన సమకాలీకరణను నిర్ధారిస్తుంది.

"ఏరోస్పేస్ కోల్డ్ అటామ్ క్లాక్" అని పిలువబడే సీసియం ఫౌంటెన్ అటామిక్ క్లాక్ యొక్క కాంపాక్ట్ వెర్షన్ GPS ఉపగ్రహాలలో ఉపయోగించబడుతుంది.

NBSతో సహకరిస్తున్న వివిధ పరిశోధనా కేంద్రాలలో ఉన్న పది NIST-F2ల "సమిష్టి" ద్వారా సమయ సూచన గణన నిర్వహించబడుతుంది. పరమాణు సెకను యొక్క ఖచ్చితమైన విలువ సమిష్టిగా పొందబడుతుంది, తద్వారా వివిధ లోపాలు మరియు మానవ కారకం యొక్క ప్రభావాన్ని తొలగిస్తుంది.

ఏది ఏమైనప్పటికీ, మన పూర్వీకుల యాంత్రిక తాత గడియారాలలోని లోలకం యొక్క కదలికలను మనం ఇప్పుడు పరిశీలిస్తున్నట్లే, ఒక రోజు సీసియం ఫ్రీక్వెన్సీ ప్రమాణాన్ని మన వారసులు సమయాన్ని కొలవడానికి చాలా క్రూడ్ మెకానిజమ్‌గా భావించే అవకాశం ఉంది.

శాస్త్రీయ ప్రపంచం అంతటా ఒక సంచలనం వ్యాపించింది - మన విశ్వం నుండి సమయం ఆవిరైపోతోంది! ఇప్పటివరకు ఇది స్పానిష్ ఖగోళ భౌతిక శాస్త్రవేత్తల పరికల్పన మాత్రమే. కానీ భూమిపై మరియు అంతరిక్షంలో కాల ప్రవాహం భిన్నంగా ఉంటుందని శాస్త్రవేత్తలు ఇప్పటికే నిరూపించారు. సమయం గురుత్వాకర్షణ ప్రభావంతో నెమ్మదిగా ప్రవహిస్తుంది, ఇది గ్రహం నుండి దూరంగా కదులుతున్నప్పుడు వేగవంతం అవుతుంది. భూసంబంధమైన మరియు సమకాలీకరించే పని విశ్వ సమయంహైడ్రోజన్ ఫ్రీక్వెన్సీ ప్రమాణాలను నిర్వహించండి, వీటిని "అణు గడియారాలు" అని కూడా పిలుస్తారు.

ఆస్ట్రోనాటిక్స్ ఆవిర్భావంతో పాటు మొదటి అణు సమయం కనిపించింది; అణు గడియారాలు 20 ల మధ్యలో కనిపించాయి. ఈ రోజుల్లో, పరమాణు గడియారాలు రోజువారీ విషయంగా మారాయి; మనలో ప్రతి ఒక్కరూ వాటిని ప్రతిరోజూ ఉపయోగిస్తున్నారు: డిజిటల్ కమ్యూనికేషన్లు, గ్లోనాస్, నావిగేషన్ మరియు రవాణా వాటి సహాయంతో పనిచేస్తాయి.

మొబైల్ ఫోన్‌ల యజమానులు కఠినమైన సమయ సమకాలీకరణ కోసం అంతరిక్షంలో ఏ సంక్లిష్టమైన పనిని నిర్వహించాలో ఆలోచించరు మరియు మేము సెకనులో మిలియన్ల వంతు గురించి మాత్రమే మాట్లాడుతున్నాము.

ఖచ్చితమైన సమయ ప్రమాణం మాస్కో ప్రాంతంలో నిల్వ చేయబడుతుంది సైంటిఫిక్ ఇన్స్టిట్యూట్భౌతిక-సాంకేతిక మరియు రేడియో-సాంకేతిక కొలతలు. ప్రపంచంలో ఇలాంటి వాచీలు 450 ఉన్నాయి.

రష్యా మరియు USA అణు గడియారాలపై గుత్తాధిపత్యాన్ని కలిగి ఉన్నాయి, అయితే USAలో గడియారాలు పర్యావరణానికి చాలా హాని కలిగించే రేడియోధార్మిక లోహం సీసియం ఆధారంగా పనిచేస్తాయి మరియు రష్యాలో హైడ్రోజన్, సురక్షితమైన, మన్నికైన పదార్థం ఆధారంగా పనిచేస్తాయి.

ఈ గడియారానికి డయల్ లేదా చేతులు లేవు: ఇది అత్యంత అధునాతన సాంకేతికతలతో నిండిన అరుదైన మరియు విలువైన లోహాల పెద్ద బారెల్ లాగా కనిపిస్తుంది - అధిక-ఖచ్చితమైన కొలిచే సాధనాలు మరియు అణు ప్రమాణాలతో కూడిన పరికరాలు. వారి సృష్టి ప్రక్రియ చాలా పొడవుగా, సంక్లిష్టంగా ఉంటుంది మరియు సంపూర్ణ వంధ్యత్వ పరిస్థితులలో జరుగుతుంది.

ఇప్పుడు 4 సంవత్సరాలుగా, రష్యన్ శాటిలైట్‌లో ఇన్‌స్టాల్ చేయబడిన గడియారం డార్క్ ఎనర్జీని అధ్యయనం చేస్తోంది. మానవ ప్రమాణాల ప్రకారం, అవి అనేక మిలియన్ల సంవత్సరాలలో 1 సెకను ఖచ్చితత్వాన్ని కోల్పోతాయి.

అతి త్వరలో, అణు గడియారాలు Spektr-Mలో వ్యవస్థాపించబడతాయి - ఇది నక్షత్రాలు మరియు ఎక్సోప్లానెట్‌లు ఎలా ఏర్పడతాయో చూసే అంతరిక్ష అబ్జర్వేటరీ మరియు అంచుకు మించి కనిపిస్తుంది. కృష్ణ బిలంమా గెలాక్సీ మధ్యలో. శాస్త్రవేత్తల ప్రకారం, భయంకరమైన గురుత్వాకర్షణ కారణంగా, సమయం ఇక్కడ చాలా నెమ్మదిగా ప్రవహిస్తుంది, అది దాదాపు ఆగిపోతుంది.

tvroscosmos

ముందుగా, మానవజాతి గడియారాలను ప్రోగ్రామ్-సమయ నియంత్రణ సాధనంగా ఉపయోగిస్తుంది.

రెండవది, నేడు సమయాన్ని కొలవడం అనేది అన్నింటికంటే అత్యంత ఖచ్చితమైన రకం కొలత: సమయ కొలత యొక్క ఖచ్చితత్వం ఇప్పుడు 1·10-11% లేదా 300 వేల సంవత్సరాలలో 1 సెకన్ల క్రమం యొక్క అద్భుతమైన లోపం ద్వారా నిర్ణయించబడుతుంది.

మరియు మేము అలాంటి ఖచ్చితత్వాన్ని సాధించాము ఆధునిక ప్రజలువారు ఉపయోగించడం ప్రారంభించినప్పుడు పరమాణువులు, ఇది, వారి డోలనాల ఫలితంగా, పరమాణు గడియారం యొక్క నియంత్రకం. సీసియం పరమాణువులు మనకు అవసరమైన (+) మరియు (-) రెండు శక్తి స్థితులలో ఉన్నాయి. పరమాణువులు (+) స్థితి నుండి (-) స్థితికి మారినప్పుడు 9,192,631,770 హెర్ట్జ్ ఫ్రీక్వెన్సీతో విద్యుదయస్కాంత వికిరణం ఉత్పత్తి అవుతుంది, ఇది ఖచ్చితమైన, స్థిరమైన ఆవర్తన ప్రక్రియను సృష్టిస్తుంది - అటామిక్ క్లాక్ కోడ్ యొక్క నియంత్రకం.

పరమాణు గడియారాలు ఖచ్చితంగా పని చేయడానికి, సీసియం తప్పనిసరిగా కొలిమిలో ఆవిరైపోతుంది, ఈ ప్రక్రియ దాని అణువులను విడుదల చేస్తుంది. కొలిమి వెనుక ఒక సార్టింగ్ అయస్కాంతం ఉంది, ఇది (+) స్థితిలో అణువుల సామర్థ్యాన్ని కలిగి ఉంటుంది మరియు దానిలో, మైక్రోవేవ్ ఫీల్డ్‌లో రేడియేషన్ కారణంగా, అణువులు (-) స్థితికి వెళ్తాయి. రెండవ అయస్కాంతం స్థితి (+) నుండి (-)కి మార్చబడిన అణువులను స్వీకరించే పరికరంలోకి నిర్దేశిస్తుంది. మైక్రోవేవ్ ఉద్గారిణి యొక్క ఫ్రీక్వెన్సీ 9,192,631,770 హెర్ట్జ్ యొక్క సీసియం వైబ్రేషన్ ఫ్రీక్వెన్సీతో సరిగ్గా సరిపోలితేనే వాటి స్థితిని మార్చుకున్న అనేక పరమాణువులు పొందబడతాయి. లేకపోతే, స్వీకరించే పరికరంలో అణువుల సంఖ్య (-) తగ్గుతుంది.

పరికరాలు నిరంతరం 9,192,631,770 హెర్ట్జ్ యొక్క స్థిరమైన ఫ్రీక్వెన్సీని పర్యవేక్షిస్తాయి మరియు నియంత్రిస్తాయి. దీని అర్థం వాచ్ డిజైనర్ల కల నిజమైంది, ఖచ్చితంగా స్థిరమైన ఆవర్తన ప్రక్రియ కనుగొనబడింది: 9,192,631,770 హెర్ట్జ్ ఫ్రీక్వెన్సీ, ఇది అణు గడియారాల కోర్సును నియంత్రిస్తుంది.

నేడు, అంతర్జాతీయ ఒప్పందం ఫలితంగా, సీసియం పరమాణువు (ఐసోటోప్ సీసియం-133) యొక్క గ్రౌండ్ స్టేట్‌లోని రెండు హైపర్‌ఫైన్ స్ట్రక్చరల్ స్థాయిల మధ్య పరివర్తనకు అనుగుణంగా, 9,192,631,770తో గుణించబడిన రేడియేషన్ కాలంగా రెండవది నిర్వచించబడింది.

ఖచ్చితమైన సమయాన్ని కొలవడానికి, మీరు కాల్షియం, రూబీడియం, సీసియం, స్ట్రోంటియం, హైడ్రోజన్ అణువులు, అయోడిన్, మీథేన్ మొదలైన పరమాణువులు వంటి ఇతర అణువులు మరియు అణువుల కంపనాలను కూడా ఉపయోగించవచ్చు. అయితే, సీసియం అణువు యొక్క రేడియేషన్ ఫ్రీక్వెన్సీగా గుర్తించబడుతుంది. ప్రమాణం. వివిధ పరమాణువుల కంపనాలను ప్రామాణిక (సీసియం)తో పోల్చడానికి, టైటానియం-నీలమణి లేజర్ సృష్టించబడింది, ఇది 400 నుండి 1000 nm పరిధిలో విస్తృత శ్రేణి పౌనఃపున్యాలను ఉత్పత్తి చేస్తుంది.

క్వార్ట్జ్ మరియు అణు గడియారాల యొక్క మొదటి సృష్టికర్త ఒక ఆంగ్ల ప్రయోగాత్మక భౌతిక శాస్త్రవేత్త ఎస్సెన్ లూయిస్ (1908-1997). 1955లో, అతను సీసియం పరమాణువుల పుంజాన్ని ఉపయోగించి మొదటి అటామిక్ ఫ్రీక్వెన్సీ (సమయం) ప్రమాణాన్ని సృష్టించాడు. ఈ పని ఫలితంగా, 3 సంవత్సరాల తరువాత (1958) అటామిక్ ఫ్రీక్వెన్సీ ప్రమాణం ఆధారంగా సమయ సేవ తలెత్తింది.

USSR లో, విద్యావేత్త నికోలాయ్ జెన్నాడివిచ్ బసోవ్ అణు గడియారాన్ని రూపొందించడానికి తన ఆలోచనలను ముందుకు తెచ్చాడు.

కాబట్టి, అణు గడియారం,గడియారాల యొక్క ఖచ్చితమైన రకాల్లో ఒకటి సమయాన్ని కొలిచే పరికరం, ఇక్కడ అణువులు లేదా అణువుల సహజ కంపనాలు లోలకంగా ఉపయోగించబడతాయి. అణు గడియారాల స్థిరత్వం అన్నింటిలో ఉత్తమమైనది ఇప్పటికే ఉన్న రకాలుగడియారాలు, ఇది అత్యధిక ఖచ్చితత్వానికి కీలకం. అటామిక్ క్లాక్ జనరేటర్ సాంప్రదాయ గడియారాల వలె కాకుండా సెకనుకు 32,768 కంటే ఎక్కువ పప్పులను ఉత్పత్తి చేస్తుంది. అణు కంపనాలు గాలి ఉష్ణోగ్రత, కంపనాలు, తేమ మరియు అనేక ఇతర బాహ్య కారకాలపై ఆధారపడి ఉండవు.

IN ఆధునిక ప్రపంచం, నావిగేషన్ లేకుండా చేయలేనప్పుడు, అణు గడియారాలు మారాయి అనివార్య సహాయకులు. శాటిలైట్ కమ్యూనికేషన్ల ద్వారా స్వయంచాలకంగా స్పేస్ షిప్, ఉపగ్రహం, బాలిస్టిక్ క్షిపణి, విమానం, జలాంతర్గామి, కారు ఉన్న ప్రదేశాన్ని నిర్ణయించగల సామర్థ్యం వారికి ఉంది.

ఈ విధంగా, గత 50 సంవత్సరాలుగా, పరమాణు గడియారాలు లేదా సీసియం గడియారాలు అత్యంత ఖచ్చితమైనవిగా పరిగణించబడుతున్నాయి. అవి చాలా కాలంగా సమయ సేవల ద్వారా ఉపయోగించబడుతున్నాయి మరియు కొన్ని రేడియో స్టేషన్ల ద్వారా సమయ సంకేతాలు కూడా ప్రసారం చేయబడతాయి.

అటామిక్ క్లాక్ పరికరం 3 భాగాలను కలిగి ఉంటుంది:

క్వాంటం వివక్షత,

క్వార్ట్జ్ ఓసిలేటర్,

ఎలక్ట్రానిక్స్ కాంప్లెక్స్.

క్వార్ట్జ్ ఓసిలేటర్ ఫ్రీక్వెన్సీని (5 లేదా 10 MHz) ఉత్పత్తి చేస్తుంది. ఓసిలేటర్ అనేది ఒక RC రేడియో జనరేటర్, ఇది క్వార్ట్జ్ క్రిస్టల్ యొక్క పైజోఎలెక్ట్రిక్ మోడ్‌లను ప్రతిధ్వని మూలకం వలె ఉపయోగిస్తుంది, ఇక్కడ స్థితి (+) నుండి (-)కి మారిన పరమాణువులు పోల్చబడతాయి. స్థిరత్వాన్ని పెంచడానికి, దాని పౌనఃపున్యం నిరంతరం డోలనాలతో పోల్చబడుతుంది. ఒక క్వాంటం డిస్క్రిమినేటర్ (అణువులు లేదా అణువులు) . డోలనంలో వ్యత్యాసం సంభవించినప్పుడు, ఎలక్ట్రానిక్స్ క్వార్ట్జ్ ఓసిలేటర్ యొక్క ఫ్రీక్వెన్సీని సున్నాకి సర్దుబాటు చేస్తుంది, తద్వారా వాచ్ యొక్క స్థిరత్వం మరియు ఖచ్చితత్వాన్ని కావలసిన స్థాయికి పెంచుతుంది.

ఆధునిక ప్రపంచంలో, ప్రపంచంలోని ఏ దేశంలోనైనా అణు గడియారాలను తయారు చేయవచ్చు రోజువారీ జీవితంలో. అవి పరిమాణంలో చాలా చిన్నవి మరియు అందంగా ఉంటాయి. తాజా అటామిక్ క్లాక్ అగ్గిపెట్టె కంటే పెద్దది కాదు మరియు 1 వాట్ కంటే తక్కువ విద్యుత్ వినియోగాన్ని కలిగి ఉంటుంది. మరియు ఇది పరిమితి కాదు, బహుశా భవిష్యత్తులో సాంకేతిక పురోగతి మొబైల్ ఫోన్‌లకు చేరుకుంటుంది. ఈ సమయంలో, నావిగేషన్ ఖచ్చితత్వాన్ని అనేక రెట్లు పెంచడానికి కాంపాక్ట్ అటామిక్ క్లాక్‌లు వ్యూహాత్మక క్షిపణులపై మాత్రమే వ్యవస్థాపించబడ్డాయి.

నేడు, ప్రతి రుచి మరియు బడ్జెట్ కోసం పురుషులు మరియు మహిళల అటామిక్ గడియారాలు ఆన్లైన్ స్టోర్లలో కొనుగోలు చేయవచ్చు.

2011లో, ప్రపంచంలోనే అతి చిన్న అణు గడియారాన్ని సిమెట్రికామ్ మరియు శాండియా నేషనల్ లాబొరేటరీస్ నిపుణులు రూపొందించారు. ఈ వాచ్ వాణిజ్యపరంగా అందుబాటులో ఉన్న మునుపటి సంస్కరణల కంటే 100 రెట్లు ఎక్కువ కాంపాక్ట్‌గా ఉంది. అటామిక్ క్రోనోమీటర్ పరిమాణం అగ్గిపెట్టె కంటే పెద్దది కాదు. ఆపరేట్ చేయడానికి, దీనికి 100 mW శక్తి మాత్రమే అవసరం - ఇది దాని పూర్వీకులతో పోలిస్తే 100 రెట్లు తక్కువ.

స్ప్రింగ్‌లు మరియు గేర్‌లకు బదులుగా సీసియం అణువుల ప్రభావంతో విడుదలయ్యే విద్యుదయస్కాంత తరంగాల ఫ్రీక్వెన్సీని నిర్ణయించే సూత్రంపై పనిచేసే యంత్రాంగాన్ని వ్యవస్థాపించడం ద్వారా వాచ్ యొక్క పరిమాణాన్ని తగ్గించడం సాధ్యమైంది. లేజర్ పుంజంఅతితక్కువ శక్తి.

ఇటువంటి గడియారాలు నావిగేషన్‌లో, అలాగే మైనర్లు, డైవర్ల పనిలో ఉపయోగించబడతాయి, ఇక్కడ ఉపరితలంపై సహోద్యోగులతో సమయాన్ని ఖచ్చితంగా సమకాలీకరించడం అవసరం, అలాగే ఖచ్చితమైన సమయ సేవలు, ఎందుకంటే అణు గడియారాల లోపం 0.000001 భిన్నాల కంటే తక్కువగా ఉంటుంది. రోజుకు ఒక సెకను. రికార్డ్ స్మాల్ అటామిక్ క్లాక్ సిమెట్రికామ్ ధర సుమారు $1,500.

21వ శతాబ్దంలో, ఉపగ్రహ నావిగేషన్ వేగంగా అభివృద్ధి చెందుతోంది. ఉపగ్రహాలతో అనుసంధానించబడిన ఏదైనా వస్తువుల స్థానాన్ని మీరు నిర్ణయించవచ్చు చరవాణి, కారు లేదా అంతరిక్ష నౌక. కానీ అణు గడియారాలు లేకుండా ఇవేవీ సాధించలేవు.
అలాగే, ఈ గడియారాలు వివిధ టెలికమ్యూనికేషన్లలో ఉపయోగించబడతాయి, ఉదాహరణకు, మొబైల్ కమ్యూనికేషన్స్.ఇది ఇప్పటివరకు ఉన్న, ఉన్న మరియు ఉండబోయే అత్యంత ఖచ్చితమైన వాచ్.అవి లేకుండా, ఇంటర్నెట్ సమకాలీకరించబడదు, ఇతర గ్రహాలు మరియు నక్షత్రాలకు దూరం మనకు తెలియదు.
సెకనుకు గంటలలో, 9,192,631,770 కాలాల విద్యుదయస్కాంత వికిరణం తీసుకోబడుతుంది, ఇది సీసియం-133 అణువు యొక్క రెండు శక్తి స్థాయిల మధ్య పరివర్తన సమయంలో ఉద్భవించింది. ఇటువంటి గడియారాలను సీసియం గడియారాలు అంటారు. కానీ ఇది మూడు రకాల అణు గడియారాలలో ఒకటి మాత్రమే. హైడ్రోజన్ మరియు రుబిడియం గడియారాలు కూడా ఉన్నాయి. అయినప్పటికీ, సీసియం గడియారాలు చాలా తరచుగా ఉపయోగించబడతాయి, కాబట్టి మేము ఇతర రకాలపై నివసించము.

సీసియం అణు గడియారం యొక్క ఆపరేటింగ్ సూత్రం

లేజర్ సీసియం ఐసోటోప్ యొక్క అణువులను వేడి చేస్తుంది మరియు ఈ సమయంలో, అంతర్నిర్మిత రెసొనేటర్ అణువుల యొక్క అన్ని పరివర్తనలను నమోదు చేస్తుంది. మరియు, ముందుగా చెప్పినట్లుగా, 9,192,631,770 పరివర్తనలను చేరుకున్న తర్వాత, ఒక సెకను లెక్కించబడుతుంది.

వాచ్ కేస్‌లో నిర్మించిన లేజర్ సీసియం ఐసోటోప్ యొక్క పరమాణువులను వేడి చేస్తుంది. ఈ సమయంలో, రెసొనేటర్ కొత్త శక్తి స్థాయికి అణువుల పరివర్తనల సంఖ్యను నమోదు చేస్తుంది. ఒక నిర్దిష్ట ఫ్రీక్వెన్సీని చేరుకున్నప్పుడు, అవి 9,192,631,770 పరివర్తనాలు (Hz), రెండవది అంతర్జాతీయ SI వ్యవస్థ ఆధారంగా లెక్కించబడుతుంది.

ఉపగ్రహ నావిగేషన్‌లో ఉపయోగించండి

ఉపగ్రహాన్ని ఉపయోగించి వస్తువు యొక్క ఖచ్చితమైన స్థానాన్ని నిర్ణయించే ప్రక్రియ చాలా కష్టం. అనేక ఉపగ్రహాలు ఇందులో పాల్గొంటాయి, అవి రిసీవర్‌కి 4 కంటే ఎక్కువ (ఉదాహరణకు, కారులో GPS నావిగేటర్).

ప్రతి ఉపగ్రహం అధిక-ఖచ్చితమైన అణు గడియారం, ఉపగ్రహ రేడియో ట్రాన్స్‌మిటర్ మరియు డిజిటల్ కోడ్ జనరేటర్‌ను కలిగి ఉంటుంది. రేడియో ట్రాన్స్‌మిటర్ డిజిటల్ కోడ్ మరియు ఉపగ్రహం గురించిన సమాచారాన్ని భూమికి పంపుతుంది, అవి కక్ష్య పారామితులు, మోడల్ మొదలైనవి.

ఈ కోడ్ రిసీవర్‌కి చేరుకోవడానికి ఎంత సమయం పట్టిందో గడియారం నిర్ణయిస్తుంది. అందువలన, రేడియో తరంగాల ప్రచారం యొక్క వేగాన్ని తెలుసుకోవడం, భూమిపై రిసీవర్కు దూరం లెక్కించబడుతుంది. అయితే దీనికి ఒక్క ఉపగ్రహం సరిపోదు. ఆధునిక GPS రిసీవర్లు ఏకకాలంలో 12 ఉపగ్రహాల నుండి సంకేతాలను అందుకోగలవు, ఇది 4 మీటర్ల వరకు ఖచ్చితత్వంతో ఒక వస్తువు యొక్క స్థానాన్ని గుర్తించడానికి మిమ్మల్ని అనుమతిస్తుంది. మార్గం ద్వారా, అది పేర్కొంది విలువ GPS నావిగేటర్లుచందా రుసుము అవసరం లేదు.