Hydrogen atomklokke. Hvordan atomklokker fungerer (5 bilder). Hvordan fungerer atomklokker?
Atomklokker er de mest nøyaktige tidsmålingsinstrumentene som finnes i dag, og blir stadig viktigere etter hvert som moderne teknologi utvikler seg og blir mer kompleks.
Prinsipp for operasjon
Atomklokker holder nøyaktig tid, ikke takket være radioaktivt forfall, som navnet antyder, men ved å bruke vibrasjoner fra kjerner og elektronene som omgir dem. Frekvensen deres bestemmes av massen til kjernen, tyngdekraften og den elektrostatiske "balanseren" mellom den positivt ladede kjernen og elektronene. Dette samsvarer ikke helt med et vanlig urverk. Atomklokker er mer pålitelige tidholdere fordi svingningene deres ikke endres avhengig av miljøfaktorer som fuktighet, temperatur eller trykk.
Evolusjon av atomklokker
Gjennom årene har forskere innsett at atomer har resonansfrekvenser knyttet til hver sin evne til å absorbere og sende ut elektromagnetisk stråling. På 1930- og 1940-tallet ble det utviklet høyfrekvent kommunikasjons- og radarutstyr som kunne kommunisere med resonansfrekvensene til atomer og molekyler. Dette bidro til ideen om en klokke.
De første eksemplene ble bygget i 1949 av National Institute of Standards and Technology (NIST). Ammoniakk ble brukt som vibrasjonskilde. De var imidlertid ikke mye mer nøyaktige enn den eksisterende tidsstandarden, og cesium ble brukt i neste generasjon.
Ny standard
Endringen i nøyaktigheten av tidsmåling var så stor at i 1967 definerte General Conference on Weights and Measures SI-sekunderet som 9.192.631.770 vibrasjoner av et cesiumatom ved dets resonansfrekvens. Dette betydde at tiden ikke lenger var relatert til jordens bevegelse. Verdens mest stabile atomklokke ble opprettet i 1968 og ble brukt som en del av NIST tidtakingssystem frem til 1990-tallet.
Forbedringsbil
En av de siste fremskrittene på dette området er laserkjøling. Dette forbedret signal-til-støy-forholdet og reduserte usikkerheten i klokkesignalet. Å huse dette kjølesystemet og annet utstyr som brukes til å forbedre cesiumklokker vil kreve plass på størrelse med en jernbanevogn, selv om kommersielle versjoner kan passe i en koffert. En av disse laboratorieinstallasjonene holder tiden i Boulder, Colorado, og er den mest nøyaktige klokken på jorden. De tar bare feil med 2 nanosekunder per dag, eller 1 sekund per 1,4 millioner år.
Kompleks teknologi
Denne enorme presisjonen er resultatet av en kompleks produksjonsprosess. Først plasseres flytende cesium i en ovn og varmes opp til det blir til en gass. Metallatomene kommer ut i høy hastighet gjennom en liten åpning i ovnen. Elektromagneter får dem til å splittes i separate stråler med forskjellige energier. Den nødvendige strålen går gjennom et U-formet hull, og atomene bestråles med mikrobølgeenergi med en frekvens på 9 192 631 770 Hz. Takket være dette er de begeistret og beveger seg inn i en annen energitilstand. Magnetfeltet filtrerer deretter ut andre energitilstander til atomene.
Detektoren reagerer på cesium og viser et maksimum ved riktig frekvensverdi. Dette er nødvendig for å konfigurere kvartsoscillatoren som styrer klokkemekanismen. Å dele frekvensen på 9.192.631.770 gir én puls per sekund.
Ikke bare cesium
Selv om de vanligste atomklokkene bruker egenskapene til cesium, finnes det andre typer. De er forskjellige i elementet som brukes og midlene for å bestemme endringer i energinivå. Andre materialer er hydrogen og rubidium. Hydrogen atomklokker fungerer på samme måte som cesiumklokker, men krever en beholder med vegger laget av et spesielt materiale som hindrer atomene i å miste energi for raskt. Rubidium-klokker er de enkleste og mest kompakte. I dem endrer en glasscelle fylt med rubidiumgass absorpsjonen av lys når den utsettes for ultrahøy frekvens.
Hvem trenger nøyaktig tid?
I dag kan tid måles med ekstrem presisjon, men hvorfor er dette viktig? Dette er nødvendig i systemer som mobiltelefoner, internett, GPS, flyprogrammer og digital-tv. Ved første øyekast er dette ikke åpenbart.
Et eksempel på hvordan presis tid brukes er i pakkesynkronisering. Tusenvis av telefonsamtaler går gjennom den gjennomsnittlige kommunikasjonslinjen. Dette er bare mulig fordi samtalen ikke overføres fullstendig. Teleselskapet deler den opp i små pakker og hopper til og med over noe av informasjonen. De går deretter gjennom linjen sammen med pakker med andre samtaler og gjenopprettes i den andre enden uten å blande seg. Telefonsentralens klokkesystem kan avgjøre hvilke pakker som tilhører en gitt samtale ved det nøyaktige tidspunktet informasjonen ble sendt.
GPS
En annen implementering av nøyaktig tid er et globalt posisjoneringssystem. Den består av 24 satellitter som overfører deres koordinater og tid. Enhver GPS-mottaker kan koble til dem og sammenligne sendetider. Forskjellen lar brukeren bestemme sin plassering. Hvis disse klokkene ikke var veldig nøyaktige, ville GPS-systemet vært upraktisk og upålitelig.
Grensen for perfeksjon
Med utviklingen av teknologi og atomklokker ble unøyaktighetene i universet merkbare. Jorden beveger seg ujevnt, og forårsaker tilfeldige variasjoner i lengden på år og dager. Tidligere ville disse endringene ha gått ubemerket hen fordi verktøyene for å måle tid var for upresise. Til stor frustrasjon for forskere og vitenskapsmenn må imidlertid tiden for atomklokker justeres for å kompensere for uregelmessigheter i den virkelige verden. De er fantastiske verktøy som hjelper til med å fremme moderne teknologi, men deres fortreffelighet er begrenset av grensene satt av naturen selv.
Atomklokke
Hvis vi vurderer nøyaktigheten til kvartsklokker ut fra deres kortsiktige stabilitet, så må det sies at denne nøyaktigheten er mye høyere enn pendelklokkene, som imidlertid viser høyere stabilitet under langtidsmålinger. I kvartsklokker er uregelmessige bevegelser forårsaket av endringer i den interne strukturen til kvartsen og ustabilitet i de elektroniske systemene.
Hovedkilden til frekvensustabilitet er aldring av kvartskrystallen som synkroniserer oscillatorfrekvensen. Riktignok har målinger vist at aldring av krystallen, ledsaget av en økning i frekvens, skjer uten store svingninger og plutselige endringer. På tross av. Denne aldringen svekker den korrekte driften av et kvartsklokke og dikterer behovet for regelmessig overvåking av en annen enhet med en oscillator som har en stabil, uforanderlig frekvensrespons.
Den raske utviklingen av mikrobølgespektroskopi etter andre verdenskrig åpnet for nye muligheter for nøyaktig måling av tid gjennom frekvenser tilsvarende passende spektrallinjer. Disse frekvensene, som kan betraktes som frekvensstandarder, førte til ideen om å bruke en kvanteoscillator som en tidsstandard.
Denne avgjørelsen var en historisk vending i kronometriens historie, siden det betydde erstatning av den tidligere gyldige astronomiske tidsenheten med en ny kvantetidsenhet. Denne nye tidsenheten ble introdusert som strålingsperioden for nøyaktig definerte overganger mellom energinivåene til molekylene til noen spesielt utvalgte stoffer. Etter intensiv forskning på dette problemet i de tidlige etterkrigsårene, var det mulig å bygge en enhet som opererer etter prinsippet om kontrollert absorpsjon av mikrobølgeenergi i flytende ammoniakk ved svært lave trykk. De første eksperimentene med en enhet utstyrt med et absorpsjonselement ga imidlertid ikke de forventede resultatene, siden utvidelsen av absorpsjonslinjen forårsaket av gjensidige kollisjoner av molekyler gjorde det vanskelig å bestemme frekvensen av selve kvanteovergangen. Bare ved metoden med en smal stråle av frittflygende ammoniakkmolekyler i USSR A.M. Prokhorov og N.G. Basov, og i USA Townes fra Columbia University klarte å redusere sannsynligheten for gjensidige kollisjoner av molekyler og praktisk talt eliminere utvidelsen av spektrallinjen. Under disse omstendighetene kan ammoniakkmolekyler allerede spille rollen som en atomgenerator. En smal stråle av molekyler, frigjort gjennom en dyse inn i et vakuumrom, passerer gjennom et uensartet elektrostatisk felt der molekylene er separert. Molekyler i en høyere kvantetilstand ble rettet til en avstemt resonator, hvor de frigjorde elektromagnetisk energi med en konstant frekvens på 23.870.128.825 Hz. Denne frekvensen sammenlignes så med frekvensen til kvartsoscillatoren som er inkludert i atomklokkekretsen. Den første kvantegeneratoren, ammoniakkmaseren (Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation), ble bygget på dette prinsippet.
N.G. Basov, A.M. Prokhorov og Townes mottok Nobelprisen i fysikk i 1964 for dette arbeidet.
Forskere fra Sveits, Japan, Tyskland, Storbritannia, Frankrike og sist men ikke minst Tsjekkoslovakia studerte også stabiliteten til frekvensen av ammoniakkmasere. I perioden 1968-1979. Ved Institutt for radioteknikk og elektronikk ved det tsjekkoslovakiske vitenskapsakademiet ble flere ammoniakkmasere bygget og satt i prøvedrift, som fungerte som frekvensstandarder for lagring av nøyaktig tid i tsjekkoslovakisk produserte atomklokker. De oppnådde frekvensstabilitet i størrelsesorden 10-10, som tilsvarer daglige variasjoner på 20 milliondeler av et sekund.
For tiden brukes atomfrekvens- og tidsstandarder hovedsakelig til to hovedformål - for måling av tid og for kalibrering og overvåking av basalfrekvensstandarder. I begge tilfeller sammenlignes frekvensen til kvartsklokkegeneratoren med frekvensen til atomstandarden.
Ved måling av tid sammenlignes regelmessig frekvensen til atomstandarden og frekvensen til krystallklokkegeneratoren, og basert på de identifiserte avvikene bestemmes lineær interpolasjon og gjennomsnittlig tidskorreksjon. Den sanne tiden oppnås da fra summen av kvartsklokkeavlesningene og denne gjennomsnittlige tidskorrigeringen. I dette tilfellet bestemmes feilen som følge av interpolering av arten av aldring av kvartsklokkekrystallen.
De eksepsjonelle resultatene oppnådd med atomtidsstandarder, med en feil på bare 1 s per tusen år, var grunnen til at en ny definisjon av tidsenheten ble gitt på den trettende generalkonferansen om vekter og mål, holdt i Paris i oktober 1967 - et atomsekunder, som nå ble definert som 9.192.631.770 svingninger av strålingen fra et cesium-133-atom.
Som vi indikerte ovenfor, ettersom en kvartskrystall eldes, øker oscillasjonsfrekvensen til kvartsoscillatoren gradvis og forskjellen mellom frekvensene til kvarts- og atomoscillatoren øker kontinuerlig. Hvis krystallaldringskurven er riktig, er det nok å korrigere kvartsvibrasjonene bare periodisk, i det minste med flere dagers mellomrom. På denne måten trenger ikke atomoscillatoren å være permanent koblet til kvartsklokkesystemet, noe som er meget fordelaktig siden inntrengningen av forstyrrende påvirkninger inn i målesystemet er begrenset.
En sveitsisk atomklokke med to molekylære ammoniakkoscillatorer, demonstrert på verdensutstillingen i Brussel i 1958, oppnådde en nøyaktighet på hundre tusendels sekund per dag, som er omtrent tusen ganger mer nøyaktig enn presise pendelklokker. Denne nøyaktigheten gjør det allerede mulig å studere periodiske ustabiliteter i rotasjonshastigheten til jordens akse. Grafen i fig. 39, som er en slags skildring av den historiske utviklingen av kronometriske instrumenter og forbedringen av metoder for måling av tid, viser hvordan nøyaktigheten av tidsmåling nesten mirakuløst har økt over flere århundrer. Bare i løpet av de siste 300 årene har denne nøyaktigheten økt mer enn 100 000 ganger.
Ris. 39. Nøyaktighet av kronometriske instrumenter i perioden fra 1930 til 1950.
Kjemikeren Robert Wilhelm Bunsen (1811-1899) var den første som oppdaget cesium, hvis atomer, under riktig utvalgte forhold, er i stand til å absorbere elektromagnetisk stråling med en frekvens på omtrent 9192 MHz. Denne egenskapen ble brukt av Sherwood og McCracken for å lage den første cesiumstråleresonatoren. Like etter rettet L. Essen, som jobbet ved National Physical Laboratory i England, sin innsats mot praktisk bruk av en cesiumresonator for måling av frekvenser og tid. I samarbeid med den astronomiske gruppen United States Nevel Observatory har han allerede i 1955-1958. bestemte frekvensen av kvanteovergangen til cesium ved 9 192 631 770 Hz og assosierte den med den da gjeldende definisjonen av ephemeris second, som mye senere, som nevnt ovenfor, førte til etableringen av en ny definisjon av tidsenheten. Følgende cesiumresonatorer ble konstruert ved National Research Council of Canada i Ottawa, ved Swiss des Researches Horlogeres-laboratoriet i Neuchâtel, etc. Den første kommersielle typen industrielt produsert atomklokke ble lansert på markedet i 1956 under navnet Atomichron av Det amerikanske selskapet National Company Walden" i Massachusetts.
Kompleksiteten til atomklokker antyder at bruken av atomoscillatorer bare er mulig innen laboratorietidsmåling utført ved bruk av store måleenheter. Faktisk var dette tilfellet inntil nylig. Imidlertid har miniatyrisering trengt inn i dette området også. Det berømte japanske selskapet Seiko-Hattori, som produserer komplekse kronografer med krystalloscillatorer, tilbød det første atomarmbåndsuret, igjen laget i samarbeid med det amerikanske selskapet McDonnell Douglas Astronautics Company. Dette selskapet produserer også en miniatyr brenselcelle, som er energikilden til de nevnte klokkene. Elektrisk energi i dette elementet som måler 13? 6,4 mm produserer radioisotopen promethium-147; Levetiden til dette elementet er fem år. Klokkehuset, laget av tantal og rustfritt stål, er tilstrekkelig beskyttelse mot elementets betastråler som sendes ut i miljøet.
Astronomiske målinger, studiet av planeters bevegelse i verdensrommet og ulike radioastronomistudier kan nå ikke klare seg uten kunnskap om det nøyaktige tidspunktet. Nøyaktigheten som kreves fra kvarts- eller atomklokker i slike tilfeller varierer innen milliondeler av et sekund. Med den økende nøyaktigheten til den tilførte tidsinformasjonen, vokste problemene med klokkesynkronisering. Den en gang helt tilfredsstillende metoden for radiooverførte tidssignaler på korte og lange bølger viste seg å være utilstrekkelig nøyaktig til å synkronisere to tidtakingsenheter som er plassert nær hverandre med en nøyaktighet på mer enn 0,001 s, og nå er selv denne nøyaktighetsgraden ingen lengre tilfredsstillende.
En av de mulige løsningene - transport av hjelpeklokker til stedet for sammenlignende målinger - ble gitt ved miniatyrisering av elektroniske elementer. På begynnelsen av 60-tallet ble det bygget spesielle kvarts- og atomklokker som kunne fraktes på fly. De kunne fraktes mellom astronomiske laboratorier, og samtidig ga de tidsinformasjon med en nøyaktighet på en milliondels sekund. For eksempel, da miniatyr-cesiumklokker produsert av det kaliforniske selskapet Hewlett-Packard i 1967 ble transportert interkontinentalt, gikk denne enheten gjennom 53 laboratorier rundt om i verden (det var også i Tsjekkoslovakia), og med dens hjelp ble de lokale klokkene synkronisert med nøyaktighet 0,1 μs (0,0000001 s).
Kommunikasjonssatellitter kan også brukes til mikrosekundtidssammenligninger. I 1962 ble denne metoden brukt av Storbritannia og USA ved å sende et tidssignal via Telestar-satellitten. Mye gunstigere resultater til lavere kostnader ble imidlertid oppnådd ved å sende signaler ved hjelp av fjernsynsteknologi.
Denne metoden for å overføre nøyaktig tid og frekvens ved bruk av TV-klokkepulser ble utviklet og utviklet i tsjekkoslovakiske vitenskapelige institusjoner. Hjelpebæreren for tidsinformasjon her er de synkroniserende videopulsene, som på ingen måte forstyrrer overføringen av TV-programmet. I dette tilfellet er det ikke nødvendig å introdusere ytterligere pulser i TV-bildesignalet.
Betingelsen for å bruke denne metoden er at det samme fjernsynsprogrammet kan mottas på stedet for klokkene som sammenlignes. Klokkene som sammenlignes er forhåndsjustert med en nøyaktighet på noen få millisekunder, og målingen må da utføres på alle målestasjoner samtidig. I tillegg er det nødvendig å vite tidsforskjellen som kreves for å overføre synkroniseringspulser fra en felles kilde, som er en fjernsynssynkronisator, til mottakerne på stedet for klokkene som sammenlignes.
Fra boken How People Discovered their Land forfatter Tomilin Anatoly NikolaevichKjernefysiske isbrytere av andre generasjon Etter flaggskipet til isbryterflåten - atomisbryteren "Lenin", ble ytterligere tre atomisbrytere, atomhelter, bygget i Leningrad. De kalles andre generasjons isbrytere. Hva betyr dette? Kanskje først og fremst når du lager nye
Fra boken Broken Sword of the Empire forfatter Kalashnikov MaximKAPITTEL 14 AVBRUTT FLYT AV ØRNENE. RUSSIAN CRUISERS - HEAVY, atomar, missile... 1 Vi lager ikke denne boken som en klagesang over tapt storhet. Selv om vi kan skrive dusinvis av sider som viser den nåværende (skrevet i 1996) tilstanden til det som en gang var den store flåten
Fra boken andre verdenskrig av Beevor AnthonyKapittel 50 Atombomber og Japans nederlag mai–september 1945 Da Tyskland overga seg i mai 1945, mottok de japanske hærene i Kina ordre fra Tokyo om å begynne å trekke seg tilbake til østkysten. Chiang Kai-sheks nasjonalistiske tropper ble hardt slått under japanerne
forfatterSolur Den vanligste kronometriske enheten var utvilsomt soluret, basert på den tilsynelatende daglige og noen ganger årlige bevegelsen til solen. Slike klokker dukket opp ikke tidligere enn mennesket innså forholdet mellom lengden og posisjonen til skyggen fra disse
Fra boken Another History of Science. Fra Aristoteles til Newton forfatter Kalyuzhny Dmitry VitalievichVannklokker Solur var en enkel og pålitelig tidsindikator, men led av noen alvorlige ulemper: deres drift var avhengig av været og var begrenset til tiden mellom soloppgang og solnedgang. Det er ingen tvil om at på grunn av dette begynte forskere å søke andre
Fra boken Another History of Science. Fra Aristoteles til Newton forfatter Kalyuzhny Dmitry VitalievichBrannklokker I tillegg til sol- og vannklokker dukket også de første brann- eller lysklokkene opp fra begynnelsen av 1200-tallet. Dette er tynne lys som er omtrent en meter lange med en skala trykket i hele lengden. De viste klokkeslettet relativt nøyaktig, og om natten lyste de også opp hjemmene til kirken og
Fra boken Another History of Science. Fra Aristoteles til Newton forfatter Kalyuzhny Dmitry VitalievichTimeglass Datoen for det første timeglasset er også ukjent. Men de, som oljelamper, dukket opp ikke tidligere enn gjennomsiktig glass. Det antas at de i Vest-Europa lærte om timeglasset først på slutten av middelalderen; en av de eldste omtale av
Fra boken Jakten på atombomben: KGB fil nr. 13.676 forfatter Chikov Vladimir Matveevich3. Hvordan atomspioner blir født
Fra boken Sakura and the Oak (samling) forfatter Ovchinnikov Vsevolod VladimirovichEn klokke uten visere «Arvinger til et samfunn som har investert for mye i et imperium; mennesker omgitt av de falleferdige restene av en smeltende arv, kunne de ikke få seg selv, i et kriseøyeblikk, til å forlate minner fra fortiden og endre sin utdaterte livsstil. Hei ansikt
Fra boken Andre verdenskrig: feil, tabber, tap av Dayton Len20. MØRKETIDER La oss synge en sang om unge piloter, Hvis ikke for krigen, ville de sittet ved en skolepult. Sang av nr. 55 Squadron RAF, skrevet rundt 1918 Britiske jagerfly vant i slaget om Storbritannia, men jagerfly led
Fra boken Everyday Life of the Noble Class in the Golden Age of Catherine forfatter Eliseeva Olga IgorevnaI morgentimene tente keiserinnen selv peisen, tente stearinlys og en lampe og satte seg ved skrivebordet hennes på speilkontoret - de første timene av dagen ble viet til hennes personlige litterære øvelser. Hun fortalte en gang til Gribovsky at "du kan ikke gå en dag uten å tisse."
Fra boken Den store seieren i det fjerne østen. August 1945: fra Transbaikalia til Korea [redigert] forfatter Alexandrov Anatoly AndreevichKapittel VII American Atomic Strikes 1. april 25 viste seg å være spesielt merkbar for begge samtalepartnerne. Krigsminister Stimson hadde vært forberedt på denne rapporten siden begynnelsen av måneden, men president Roosevelts plutselige død forstyrret kontaktplanene til seniortjenestemenn.
Fra boken Russian America forfatter Burlak Vadim NiklasovichI løpet av hviletimene var Baranov berømt for sin gjestfrihet og kjærlighet til å være vertskap for fester. Russere, innfødte og utenlandske sjømenn husket dette. Selv i tider med hungersnød for kolonien, fant han en mulighet til å behandle inviterte og tilfeldige gjester hvis han gikk tom
Fra boken Egypt of Ramses av Monte PierreIV. Klokke Egypterne delte året inn i tolv måneder og delte på samme måte inn dagen i tolv timer og natten i tolv. Det er lite sannsynlig at de delte timen inn i mindre tidsperioder. Ordet "på", som er oversatt som "øyeblikk", har ingen spesifikke
Fra boken Verdens største spioner av Wighton CharlesKAPITTEL 12 "ATOM" SPIONER Ved daggry den 16. juli 1945, da Churchill, Truman og Stalin samlet seg i Berlin for Potsdam-konferansen, ble den første atombomben detonert i Alamogordo-ørkenen, New Mexico. På åsene, tjue mil fra eksplosjonsstedet, lå
Fra boken Russian Explorers - the Glory and Pride of Rus' forfatter Glazyrin Maxim YurievichAtomreaktorer og elektroniske krystaller Konstantin Chilovsky (f. 1881), russisk ingeniør, oppfinner. Han oppfant en enhet for å oppdage ubåter, som ble mye brukt under første verdenskrig (1914–1918). Han ble tildelt den franske orden for sin oppfinnelse.
En sensasjon har spredt seg rundt i den vitenskapelige verden - tiden fordamper fra universet vårt! Så langt er dette bare en hypotese fra spanske astrofysikere. Men det faktum at strømmen av tid på jorden og i verdensrommet er annerledes er allerede bevist av forskere. Tiden flyter langsommere under påvirkning av tyngdekraften, og akselererer når den beveger seg bort fra planeten. Oppgaven med å synkronisere jordisk og kosmisk tid utføres av hydrogenfrekvensstandarder, som også kalles "atomklokker."
Den første atomtiden dukket opp sammen med fremveksten av astronautikk dukket opp på midten av 20-tallet. I dag har atomklokker blitt en hverdagslig ting hver av oss bruker dem hver dag: digital kommunikasjon, GLONASS, navigasjon og transport fungerer med deres hjelp.
Eiere av mobiltelefoner tenker nesten ikke på hvilket komplekst arbeid som utføres i verdensrommet for streng tidssynkronisering, og vi snakker bare om milliondeler av et sekund.
Den nøyaktige tidsstandarden er lagret i Moskva-regionen, ved Scientific Institute of Physical-Technical and Radio-Technical Measurements. Det finnes 450 slike klokker i verden.
Russland og USA har monopol på atomklokker, men i USA opererer klokkene på basis av cesium, et radioaktivt metall som er svært miljøskadelig, og i Russland, på basis av hydrogen, et sikrere og holdbart materiale.
Denne klokken har ikke urskive eller visere: den ser ut som en stor tønne med sjeldne og verdifulle metaller, fylt med de mest avanserte teknologiene - høypresisjonsmåleinstrumenter og utstyr med atomstandarder. Prosessen med deres opprettelse er veldig lang, kompleks og foregår under absolutt sterilitet.
I 4 år nå har klokken installert på den russiske satellitten studert mørk energi. Etter menneskelig standard mister de nøyaktigheten med 1 sekund over mange millioner år.
Svært snart vil atomklokker bli installert på Spektr-M, et romobservatorium som vil se hvordan stjerner og eksoplaneter dannes, og vil se utover kanten av det sorte hullet i sentrum av galaksen vår. På grunn av den monstrøse tyngdekraften, går tiden ifølge forskere så sakte her at den nesten stopper opp.
tvroscosmos
, Galileo) er umulig uten atomklokker. Atomklokker brukes også i satellitt- og terrestriske telekommunikasjonssystemer, inkludert mobiltelefonbasestasjoner, internasjonale og nasjonale standardbyråer og tidstjenester, som med jevne mellomrom kringkaster tidssignaler over radio.
Klokke enhet
Klokken består av flere deler:
- kvantediskriminator,
- elektronikkkompleks.
Nasjonale frekvensstandardsentre
Mange land har dannet nasjonale sentre for tids- og frekvensstandarder:
- (VNIIFTRI), landsbyen Mendeleevo, Moskva-regionen;
- (NIST), Boulder (USA, Colorado);
- National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST), Tokyo (Japan);
- Føderalt fysisk og teknisk byrå (Tysk)(PTB), Braunschweig (Tyskland);
- Nasjonalt laboratorium for metrologi og testing (Fransk)(LNE), Paris (Frankrike).
- UK National Physical Laboratory (NPL), London, Storbritannia.
Forskere fra forskjellige land jobber med å forbedre atomklokker og oppgi primære tids- og frekvensstandarder basert på dem. Nøyaktigheten til slike klokker øker stadig. I Russland utføres omfattende forskning rettet mot å forbedre ytelsen til atomklokker i.
Typer atomklokker
Ikke hvert atom (molekyl) er egnet som diskriminator for en atomklokke. Det velges atomer som er ufølsomme for ulike ytre påvirkninger: magnetiske, elektriske og elektromagnetiske felt. Det er slike atomer i alle områder av det elektromagnetiske strålingsspekteret. Disse er: atomer av kalsium, rubidium, cesium, strontium, molekyler av hydrogen, jod, metan, osmium(VIII)oksid, etc. Den hyperfine overgangen til cesiumatomet ble valgt som hoved(primær) frekvensstandard. Ytelsen til alle andre (sekundære) standarder sammenlignes med denne standarden. For å gjøre en slik sammenligning brukes i dag såkalte optiske kammer. (Engelsk)- stråling med et bredt frekvensspektrum i form av ekvidistante linjer, hvor avstanden mellom disse er knyttet til atomfrekvensstandarden. Optiske kammer produseres ved hjelp av en moduslåst femtosekundlaser og mikrostrukturert optisk fiber, der spekteret utvides til en oktav.
I 2006 utviklet forskere fra American National Institute of Standards and Technology, ledet av Jim Bergquist, en klokke som opererer på et enkelt atom. Overganger mellom energinivåene til kvikksølvionet genererer fotoner i det synlige området med en stabilitet 5 ganger høyere enn mikrobølgestrålingen til cesium-133. Den nye klokken kan også finne anvendelse i studier av avhengigheten av endringer i grunnleggende fysiske konstanter på tid. Fra april 2015 var de mest nøyaktige atomklokkene de laget av US National Institute of Standards and Technology. Feilen var bare ett sekund på 15 milliarder år. En av de mulige anvendelsene av klokkene var relativistisk geodesi, hvor hovedideen er å bruke et nettverk av klokker som gravitasjonssensorer, som vil bidra til å utføre utrolig detaljerte tredimensjonale målinger av jordens form.
Aktiv utvikling av kompakte atomklokker til bruk i hverdagen (armbåndsur, mobile enheter) er i gang. I begynnelsen av 2011, et amerikansk selskap Symmetricom annonserte den kommersielle utgivelsen av en cesium atomklokke på størrelse med en liten brikke. Klokken opererer basert på effekten av sammenhengende befolkningsfangst. Deres stabilitet er 5 10 -11 per time, vekten er 35 g, strømforbruket er 115 mW.
Notater
- Nytt atomklokke-nøyaktighetsrekord satt (udefinert)
