Атомные часы

Вести.Ru: Физики протестировали сверхточные атомные часы

Принцип работы цезиевых атомных часов заметно отличается от других как атомных, так и других часов. Чем же именно они отличаются? А отличаются они, материалом, функциями работы и подготовкой к изготовлению. Например, что бы создать корпус таких часов нужно щелочной метал тщательно. Первые атомные часы впервые были созданные в Соёдиненных Штатах Америки, используя основу квантового ядра. Потом началось массовое производство таких часов и массовый завоз в различные страны мира: Россия, Японии. На сегодняшний момент такие часы выпускают только в Китае.

Вы удивитесь, но технология, по которой на сегодняшний момент измеряют времени пошла еще с тех времен и взята с цезиевых атомных часов. Только в 1967 главная технология данных часов поменялась, так как поняли, что одна секунда – это 9 192 631 770 периодов электромагнитного излучения. К сожалению, атомные часы очень большие! Высота таких часов достигает до двух метров в высоту, что не есть особо удобным для повседневного использования. На сегодняшний момент ученые занимаются созданием атомных часов гораздо меньших размеров.

Новый толчок в развитии устройств для измерения времени был дан физиками-атомщиками. В 1949-м были построены первые атомные часы. где в качестве источника колебаний выступил не маятник и не кварцевый генератор, а сигналы, связанные с квантовым переходом электрона между двумя энергетическими уровнями атома.

На практике такие часы оказались не очень точны, к тому же громоздки и дороги и широкого распространения не получили. Тогда было решено обратиться к химическому элементу — цезию. И в 1955-м появились первые атомные часы на основе атомов цезия.

В 1967 году было решено перейти на атомный эталон времени, т. к. вращение Земли замедляется и величина этого замедления — непостоянна. Это значительно затрудняло работу астрономов и хранителей Времени.

В настоящее время Земля вращается с замедлением примерно на 2 миллисекунды за 100 лет.

Колебания длительности суток также достигают тысячных долей секунды. Поэтому точность Гринвичского среднего времени стала недостаточной. В 1967-м состоялся переход к атомному эталону времени.

Сегодня секунда — это промежуток времени, точно равный 9 192 631 770 периодам излучения, который соответствует переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома Цезия 133.

На сегодняшний момент в качестве шкалы времени используется Всемирное Координированное Время. Оно формируется Международным бюро мер и весов путем объединения данных лабораторий хранения времени различных стран, а также данных Международной службы вращения Земли. Его точность почти в миллион раз выше, чем астрономическое Гринвичское среднее время.

Разработана технология, которая позволит кардинально уменьшить размеры и стоимость сверхточных атомных часов, что даст возможность широко использовать их в мобильных устройствах самого различного назначения. Ученые смогли создать атомный эталон времени сверхмалых размеров. Такие атомные часы потребляют менее 0,075 Вт и обладают погрешностью не более одной секунды за 300 лет.

Исследовательской группе США удалось создать сверхкомпактный атомный эталон. Стало возможным питать атомные часы от обычных пальчиковых батареек. Сверхточные атомные часы, обычно имеющие, как минимум, метр в высоту, удалось разместить в объеме 1,5х1,5х4 мм.

В США разработали экспериментальные атомные часы на одном ионе ртути. Они в пять раз точнее цезиевых, которые приняты в качестве международного стандарта. Цезиевые часы настолько точны, что расхождение в одну секунду будет достигнуто только через 70 миллионов лет, а для ртутных часов этот срок составит 400 миллионов лет.

В России созданы самые точные атомные часы на планете

Накануне в российской столице начали работу часы с уникальными характеристиками. Погрешность аппарата за 300 миллионов лет не превысит одну секунду.

Атомные часы мало чем напоминают те устройства, которые каждый день используют обычные люди. На циферблате расположено более 50 делений, между которыми находится множество цветных черточек. С помощью них специалист может узнать самое точное время на нашей планете. Интересно, что часы могут работать баз всякого подзавода.

Атомные часы — необходимый аппарат для человечества. В век роботизации значение имеют даже не сотые и не тысячные доли секунды. Например, при создании беспилотного автомобиля необходимо абсолютно точно рассчитать траекторию его езды. Такая же ситуация со стыковкой космических кораблей.

Атомные часы - история и современность

Вести.Ru: Новые стронциевые атомные часы установили рекорд ...

В 1967 году в Международной системе СИ категория времени перестала определяться астрономическими шкалами – на смену им пришел цезиевый стандарт частоты. Именно он и получил популярное нынче название – атомные часы. Точное время, которое они позволяют определить, имеет ничтожную погрешность в одну секунду за три миллиона лет, что позволяет использовать их в роли стандарта времени в любом уголке мира.

Сама идея использовать колебания атомов для сверхточного измерения времени впервые была высказана еще в 1879 году британским физиком Уильямом Томсоном. В роли излучателя атомов-резонаторов этот ученый предлагал применить водород. Первые попытки реализовать идею на практике предпринимались лишь в 40-х гг. двадцатого века. А первые в мире работающие атомные часы появились в 1955 году в Великобритании. Их создателем стал британский физик-экспериментатор доктор Луи Эссен. Работали эти часы на основе колебаний атомов цезия-133 и благодаря им ученые наконец смогли измерять время с намного большей точностью, чем было до этого. Первый прибор Эссена допускал погрешность не более секунды на каждые сто лет, однако впоследствии точность измерений многократно увеличилась и погрешность в секунду может набежать лишь за 2-3 сотни миллионов лет.

Атомные часы: принцип работы

Как же работает это хитроумное «устройство»? В качестве генератора резонансной частоты атомные часы применяют энергетические уровни молекул или атомов на квантовом уровне. Квантовая механика устанавливает связь системы «атомное ядро – электроны» с несколькими дискретными энергетическими уровнями. Если на такую систему будет воздействовать электромагнитное поле со строго заданной частотой, то произойдет переход данной системы с низкого уровня на высокий. Возможен также и обратный процесс: переход атома с более высокого уровня на низкий, сопровождаемый излучением энергии. Эти явления можно контролировать и фиксировать все энергетические скачки, создав что-то вроде колебательного контура . Его резонансная частота будет соответствовать разности энергий соседних уровней перехода атомов, разделенной на константу Планка.

Такой колебательный контур имеет неоспоримые достоинства по сравнению со своими механическими и астрономическими предшественниками. Для одного такого атомного осциллятора резонансная частота атомов какого-либо вещества будет одинакова, чего нельзя сказать о маятниках и пьезокристаллах. К тому же, атомы не меняют со временем своих свойств и не изнашиваются. Поэтому атомные часы являются чрезвычайно точным и практически вечным хронометром.

В 1955 г. в Национальной физической лаборатории Великобритании были установлены первые атомные часы, в которых используется частота колебаний при сверхбыстрых переходах энергии в ядре атома цезия.

Атомные часы выгодно отличались от своих предшественников тем, что не «старели», как, например, кварцевые, у которых со временем происходили изменения в структуре кристалла кварца. Но и у них есть свой недостаток: они не могут идти непрерывно. Работая в паре с кварцевыми часами, атомные часы подобны камертону: цезиевый генератор время от времени даёт настрой кварцевым часам, а кварцевый резонатор сохраняет уточнённое время до следующего включения атомного камертона. Придуманы и опробованы настроечные часы с другими атомами-маятниками: водородные, рубидиевые. Но цезиевые атомные часы пока остаются главными.

Благодаря появлению атомных часов ученые получили возможность измерять время намного точнее, чем с помощью астрономических методов. Показания атомных часов изменяются на 1 секунду за 3 млн. лет, поэтому они применяются во всем мире в качестве стандарта времени. В ходе разработки атомных часов была открыта атомная секунда, которая стала основной единицей времени в Международной системе единиц. От астрономического определения единицы времени отказались.

Источники: 1seconds.ru, class-fizika.narod.ru, dic.academic.ru, politexpert.net, fb.ru, world-clock.narod.ru

Фейри - духи или люди

Духи злыдни

Морван де Леон. Часть2

Культура Древней Греции

Что такое Спарта?

Спарта - древнегреческий полис в Лаконике, превратившийся в крупное государство. По преданию, государственный строй в Спарте был установлен Ликургом. Спартиаты ...


Тайна Броселианда: сэр Роланд Бретонский

Эта история произошла с сэром Роландом Бретонским, когда он ехал через мрачный Броселианд. Он на одно лье опережал свое войско. С ...


История Троянской войны. Яблоко из сада Гесперид

История Троянской войны началась го­раздо раньше, чем в момент смертельной схватки противников на поле брани. Эта война, длившаяся десять лет у ...


Медный бунт причины и итоги

В 1662 году в Росси разразился медный бунт. Причины бунта нужно искать в сильном обнищании населения в результате Русско-польской ...


Мачу-Пикчу – загадка древних инков

В горной части Перу раположены несколько древних городов. Самый известный из них - Мачу-Пикчу всегда привлекал внимание множества путешественников. Свыше 900 ...


Какой должна быть идеальная спальня

Спальню по праву можно назвать самым главным местом в любом доме. Не удивительно, что многие по степени важности ставят ее ...


Волосы Сиф. Часть1

В предыдущих главах мы рассказывали истории о детях Локи. Теперь остановимся на приключениях самого бога Локи. Когда-то у Сиф были ...