Изидор Раби, професор по физика в Колумбийския университет, предложи невиждан досега проект: часовник, работещ на принципа на атомен лъч. магнитен резонанс. Това се случва през 1945 г., а още през 1949 г. Националното бюро по стандартизация пуска първия работещ прототип. Той разчита вибрациите на молекулата на амоняка. Цезият се използва много по-късно: моделът NBS-1 се появява едва през 1952 г.
Националната физическа лаборатория в Англия създава първия часовник с цезиев лъч през 1955 г. Повече от десет години по-късно, по време на Генералната конференция по мерки и теглилки, беше представен по-усъвършенстван часовник, също базиран на вибрации в атома на цезия. Модел NBS-4 се използва до 1990 г.
Видове часовници
включено в моментаИма три вида атомни часовници, които работят на приблизително един и същи принцип. Цезиевите часовници, най-точните, разделят цезиевия атом магнитно поле. Най-простият атомен часовник, рубидий, използвайте газ рубидий, затворен в стъклена колба. И накрая, водородният атомен часовник приема за отправна точка водородни атоми, затворени в обвивка от специален материал - той не позволява на атомите бързо да губят енергия.
колко е часът
През 1999г Национален институт US Standards and Technologies (NIST) предложи още по-усъвършенствана версия на атомния часовник. Моделът NIST-F1 позволява грешка само от една секунда на всеки двадесет милиона години.
Най-точният
Но физиците от NIST не спират дотук. Учените решиха да разработят нов хронометър, този път базиран на атоми на стронций. Новият часовник работи на 60% от предишния модел, което означава, че губи една секунда не за двадесет милиона години, а за цели пет милиарда.
Измерване на времето
Международно споразумение е определило единствената точна честота за резонанса на цезиевата частица. Това е 9 192 631 770 херца - разделянето на изходния сигнал на това число е равно на точно един цикъл в секунда.
Атомен часовник
Ако оценяваме точността кварцов часовникот гледна точка на тяхната краткосрочна стабилност, трябва да се каже, че тази точност е значително по-висока от тази на часовник с махало, което обаче дългосрочни измерванияпоказват по-висока стабилност при движение. При кварцовите часовници неправилното движение се причинява от промени в вътрешна структуракварц и нестабилност на електронните системи.
Основният източник на честотна нестабилност е стареенето на кварцовия кристал, синхронизиращ честотата на осцилатора. Вярно е, че измерванията показват, че стареенето на кристала, придружено от увеличаване на честотата, протича без големи колебания и внезапни промени. Въпреки. това, стареенето нарушава правилна работакварцов часовник и диктува необходимостта от редовно наблюдение от друго устройство с осцилатор, който има стабилна, непроменлива честотна характеристика.
Бързото развитие на микровълновата спектроскопия след Втората световна война разкри нови възможности в тази област прецизно измерваневреме през честоти, съответстващи на подходящи спектрални линии. Тези честоти, които биха могли да се считат за честотни стандарти, доведоха до идеята за използване квантов генераторкато времеви стандарт.
Това решение беше исторически обрат в историята на отчитането на времето, тъй като означаваше замяна на предишното валидно астрономическа единицавреме с нова квантова единица за време. Тази нова единица време е въведена като период на излъчване на точно определени преходи между енергийни нивамолекули на някои специално подбрани вещества. След интензивно изследване на този проблем за първи път следвоенни годиниуспя да конструира устройство, работещо на принципа на контролирано поглъщане на микровълнова енергия в течен амоняк при много ниско налягане. Въпреки това, първите експерименти с устройство, оборудвано с абсорбционен елемент, не дадоха очакваните резултати, тъй като разширяването на абсорбционната линия, причинено от взаимни сблъсъци на молекули, затрудни определянето на честотата на абсорбционния елемент. квантов преход. Само по метода на тесен лъч от свободно летящи амонячни молекули в СССР A.M. Прохоров и Н.Г. Басов, а в САЩ Таунс от Колумбийския университет успяха значително да намалят вероятността от взаимни сблъсъци на молекули и практически да премахнат разширяването спектрална линия. При тези обстоятелства амонячните молекули вече могат да играят ролята на атомен генератор. Тесен кокмолекулите, освободени през дюза във вакуумно пространство, преминават през нееднородно електростатично поле, в което молекулите се разделят. Молекулите в по-високо квантово състояние бяха насочени към настроен резонатор, където освободиха електромагнитна енергия при постоянна честота от 23 870 128 825 Hz. След това тази честота се сравнява с честотата на кварцовия осцилатор, включен във веригата на атомния часовник. Първият квантов генератор, амонячен мазер (микровълново усилване чрез стимулирано излъчване на радиация), е изграден на този принцип.
Н.Г. Басов, А.М. Прохоров и Таунс получиха през 1964 г. за тези произведения Нобелова наградапо физика.
Учени от Швейцария, Япония, Германия, Великобритания, Франция и др. също са изследвали стабилността на честотата на амонячните мазери. последна инстанция, Чехословакия. През периода 1968-1979г. В Института по радиотехника и електроника на Чехословашката академия на науките бяха построени и пуснати в опитна експлоатация няколко амонячни мазера, които служеха като честотни стандарти за съхраняване на точното време в атомни часовници чехословашко производство. Те постигнаха честотна стабилност от порядъка на 10-10, което съответства на дневни вариации от 20 милионни от секундата.
Понастоящем атомните стандарти за честота и време се използват главно за две основни цели - за измерване на времето и за калибриране и наблюдение на основните стандарти за честота. И в двата случая честотата на кварцовия тактов генератор се сравнява с честотата на атомния стандарт.
При измерване на времето редовно се сравняват честотата на атомния стандарт и честотата на генератора на кристален часовник и въз основа на идентифицираните отклонения се определят линейна интерполация и корекция на средното време. Истинско времеслед това се получава от сумата от показанията на кварцовия часовник и тази средна корекция на времето. В този случай грешката в резултат на интерполацията се определя от естеството на стареене на кристала на кварцовия часовник.
Изключителните резултати, постигнати с атомни еталони за време, с грешка от само 1 s на хиляда години, бяха причината, поради която на Тринадесетата генерална конференция по мерки и теглилки, проведена в Париж през октомври 1967 г., беше дадена нова дефиниция на единицата време. - атомна секунда, която сега се определя като 9 192 631 770 трептения на излъчването на атом цезий-133.
Както посочихме по-горе, когато кварцовият кристал старее, честотата на трептене на кварцовия осцилатор постепенно се увеличава и разликата между честотите на кварцовия и атомния осцилатор непрекъснато се увеличава. Ако кривата на стареене на кристала е правилна, тогава е достатъчно кварцовите вибрации да се коригират само периодично, поне на интервали от няколко дни. По този начин атомният осцилатор не трябва да бъде постоянно свързан с кварцовата часовникова система, което е много полезно, тъй като проникването на смущаващи влияния в измервателната система е ограничено.
Швейцарски атомен часовник с два амонячни молекулярни осцилатора, демонстриран на Световното изложение в Брюксел през 1958 г., постигна точност от сто хилядна от секундата на ден, което е около хиляда пъти по-точно от прецизните часовници с махало. Тази точност вече дава възможност да се изследват периодичните нестабилности на скоростта на въртене земната ос. Графика на фиг. 39, което е като изображение историческо развитиехронометричните инструменти и усъвършенстването на методите за измерване на времето, показва как, почти по чудо, точността на измерването на времето се е увеличила в продължение на няколко века. Само през последните 300 години тази точност се е увеличила повече от 100 000 пъти.
ориз. 39.Точността на хронометричните инструменти в периода от 1930 до 1950 г.
Химикът Робърт Вилхелм Бунзен (1811-1899) е първият, който открива цезий, чиито атоми, при правилно подбрани условия, са способни да абсорбират електромагнитно излъчване с честота около 9192 MHz. Това свойство е използвано от Sherwood и McCracken за създаването на първия резонатор на цезиев лъч. включено практическа употребацезиев резонатор за измерване на честоти и време, насочва усилията си скоро след това Л. Есен, работещ в Националния физическа лабораторияв Англия. В сътрудничество с астрономическата група United States Nevel Observatory, той още през 1955-1958 г. определя честотата на квантовия преход на цезий при 9 192 631 770 Hz и я свързва с тогавашната текуща дефиниция на ефемеридната секунда, което много по-късно, както беше посочено по-горе, доведе до установяването на нова дефиниция на единицата време. Следните цезиеви резонатори са конструирани в Националния изследователски съвет на Канада в Отава, швейцарската лаборатория des Researches Horlogeres в Нюшател и други промишлено производстволансиран на пазара през 1956 г. под името Atomichron от американската компания National Walden Company в Масачузетс.
Сложността на атомните часовници предполага, че използването на атомни осцилатори е възможно само в региона лабораторно измерваневреме, извършено с помощта на големи измервателни устройства. Всъщност доскоро беше така. Миниатюризацията обаче е навлязла и в тази област. Известната японска компания Seiko-Hattori, която произвежда сложни хронографи с кристални осцилатори, предложи първия атомен ръчен часовник, отново изработен в сътрудничество с американската компания McDonnell Douglas Astronautics Company. Тази компания също произвежда миниатюрни горивна клетка, който е източник на енергия за споменатите часовници. Електрическа енергияв този елемент с размер 13? 6,4 mm произвежда радиоизотоп прометий-147; Срокът на експлоатация на този елемент е пет години. Корпусът на часовника, изработен от тантал и неръждаема стомана, е достатъчна защита срещу бета лъчите на елемента, излъчвани в околната среда.
Астрономическите измервания, изучаването на движението на планетите в космоса и различните радиоастрономически изследвания сега не могат без познаване на точното време. Точността, изисквана от кварцови или атомни часовници в такива случаи варира в рамките на милионни от секундата. С нарастващата точност на предоставената информация за времето, проблемите със синхронизирането на часовника нарастваха. Някогашният напълно задоволителен метод за радиопредаване на времеви сигнали на къси и дълги вълни се оказа недостатъчно точен за синхронизиране на две устройства за измерване на времето, разположени близо едно до друго, с точност над 0,001 s, а сега дори тази степен на точност не е по-дълго задоволително.
Един от възможни решения- транспорт спомагателни часовена мястото на сравнителните измервания - даде миниатюризация електронни елементи. В началото на 60-те години са създадени специални кварцови и атомни часовници, които могат да се транспортират със самолети. Те могат да бъдат транспортирани между астрономически лаборатории и в същото време предоставят информация за времето с точност до една милионна от секундата. Например, когато през 1967 г. миниатюрни цезиеви часовници, произведени от калифорнийската компания Hewlett-Packard, бяха транспортирани междуконтинентално, това устройство премина през 53 лаборатории по света (било е и в Чехословакия) и с негова помощ местните часовници бяха синхронизирани с точност 0,1 µs (0,0000001 s).
Комуникационните сателити също могат да се използват за микросекундни времеви сравнения. През 1962 г. този метод е използван от Великобритания и Съединените американски щати чрез предаване на сигнал за време чрез сателита Telestar. Много по-благоприятни резултати при по-ниски разходи обаче бяха постигнати чрез предаване на сигнали с помощта на телевизионна технология.
Този метод за предаване на точно време и честота с помощта на телевизионни часовникови импулси е разработен и разработен в Чехословакия научни институции. Спомагателен носител на времева информация тук са синхронизиращите видеоимпулси, които по никакъв начин не пречат на предаването на телевизионната програма. В този случай не е необходимо да се въвеждат допълнителни импулси в сигнала на телевизионното изображение.
Условието за използване на този метод е една и съща телевизионна програма да може да се приема на местата на сравняваните часовници. Часовниците, които се сравняват, са предварително настроени с точност от няколко милисекунди и след това измерването трябва да се извърши на всички измервателни станции едновременно. Освен това е необходимо да се знае времевата разлика, необходима за предаване на синхронизиращи импулси от общ източник, който е телевизионен синхронизатор, към приемниците на мястото на сравняваните часовници.
От книгата Как хората откриха земята си автор Томилин Анатолий НиколаевичЯдрени ледоразбивачи от второ поколение След флагмана на флота на ледоразбивачите - атомния ледоразбивач "Ленин", в Ленинград бяха построени още три атомни ледоразбивача, атомни герои. Наричат ги второ поколение ледоразбивачи. Какво означава това? Може би, на първо място, когато създавате нови
От книгата Счупеният меч на империята автор Калашников МаксимГЛАВА 14 ПРЕКЪСНАТ ПОЛЕТ НА ОРЛИТЕ. РУСКИ КРАЙСЕРИ - ТЕЖКИ, ЯДРЕНИ, РАКЕТНИ... 1 Ние не създаваме тази книга като плач за изгубеното величие. Въпреки че можем да напишем десетки страници, описващи текущото (написано през 1996 г.) състояние на някогашната велика флота
От книга втора световна война от Бивър АнтъниГлава 50 Атомни бомби и поражението на Япония май-септември 1945 г. До момента на капитулацията на Германия през май 1945 г. японски армиив Китай получава заповед от Токио да започне оттегляне към източното крайбрежие. Националистическите войски на Чан Кайши бяха тежко очукани по време на Япония
авторСлънчев часовник Несъмнено най-често срещаното устройство за отчитане на времето беше слънчев часовник, въз основа на видимото дневно и понякога годишно движение на Слънцето. Такива часовници се появиха не по-рано, когато човекът осъзна връзката между дължината и положението на сянката от тях
От книгата Друга история на науката. От Аристотел до Нютон автор Калюжни Дмитрий ВиталиевичВодни часовници Слънчевите часовници бяха прост и надежден индикатор за времето, но страдаха от някои сериозни недостатъци: работата им зависеше от времето и беше ограничена до времето между изгрева и залеза. Няма съмнение, че поради това учените започнаха да търсят други
От книгата Друга история на науката. От Аристотел до Нютон автор Калюжни Дмитрий ВиталиевичПожарни часовници Освен слънчеви и водни часовници, с началото на XIIIвекове се появяват първите часовници с огън или свещи. Това са тънки свещи с дължина около метър с отпечатана скала по цялата дължина. Те показваха сравнително точно времето, а през нощта осветяваха и домовете на църквата и
От книгата Друга история на науката. От Аристотел до Нютон автор Калюжни Дмитрий ВиталиевичПясъчен часовник Датата на първия пясъчен часовник също е неизвестна. Но те, като маслени лампи, се появиха не по-рано от прозрачно стъкло. Смята се, че в Западна ЕвропаО пясъчен часовникоткрити едва в края на Средновековието; едно от най-старите споменавания на
От книгата The Hunt for the Atomic Bomb: KGB File No. 13,676 автор Чиков Владимир Матвеевич3. Как се раждат атомни шпиони
От книгата Сакура и дъбът (колекция) автор Овчинников Всеволод ВладимировичЧасовник без стрелки „Наследници на общество, което е инвестирало твърде много в една империя; хора, заобиколени от порутени останки от топящо се наследство, те не можеха да се накарат в момент на криза да изоставят спомените от миналото и да променят остарелия си начин на живот. Чао лице
От книгата Втората световна война: грешки, гафове, загуби от Дейтън Лен20. ЧАСОВЕ НА МРАКА Да изпеем песен за младите пилоти, Ако не беше войната, те щяха да седят на скамейката. Песен на No. 55 Squadron RAF, написана около 1918 г. Британските изтребители са победили в битката за Великобритания, но изтребителните самолети са пострадали
От книгата Ежедневието на благородническата класа през Златния век на Екатерина автор Елисеева Олга ИгоревнаСутринта самата императрица запали камината, запали свещи и лампа и седна на бюров огледалния кабинет - първите часове от деня бяха посветени на личните й литературни упражнения. Веднъж тя каза на Грибовски, че „не можеш да минеш нито ден без да пикаеш“.
От книгата Голяма победана Далечен изток. Август 1945 г.: от Забайкалия до Корея [редактирано] автор Александров Анатолий АндреевичГлава VII Американски атомни удари 1 25 април се оказва особено забележим и за двамата събеседници. Военният министър Стимсън беше подготвен за този доклад от началото на месеца, но внезапната смърт на президента Рузвелт наруши графиците за контакти на висши служители.
От книгата Руска Америка автор Бурлак Вадим НикласовичВ часовете за почивка Баранов се славеше със своето гостоприемство и любов към домакинството на пиршества. Руснаци, местни и чуждестранни моряци си припомниха това. Дори във времена на глад за колонията той намери възможност да почерпи поканени и случайни гости, ако свърши
От книгата Египет на Рамзес от Монте ПиерIV. Часовник Египтяните разделяли годината на дванадесет месеца и по същия начин делили деня на дванадесет часа и нощта на дванадесет. Малко вероятно е да са разделили часа на по-малки периоди от време. Думата "при", която се превежда като "момент", няма специфичност
От книгата Най-големите шпиони в света от Уайтън ЧарлзГЛАВА 12 „АТОМНИ“ ШПИОНИ На зазоряване на 16 юли 1945 г., когато Чърчил, Труман и Сталин се събраха в Берлин за Потсдамската конференция, първата атомна бомба. На хълмовете, на двадесет мили от мястото на експлозията, се намираше
От книгата Руските изследователи - славата и гордостта на Русия автор Глазирин Максим ЮриевичЯдрени реактории електронни кристали Константин Чиловски (р. 1881), руски инженер, изобретател. Изобретил устройство за откриване подводници, широко използвани по време на Първата световна война (1914–1918). За изобретението си е награден с френски орден.
През 21 век сателитната навигация се развива с бързи темпове. Можете да определите позицията на всякакви обекти, които по някакъв начин са свързани със сателити, било то мобилен телефон, кола или космически кораб. Но нищо от това не може да бъде постигнато без атомни часовници.
Тези часовници се използват и в различни телекомуникации, като мобилните комуникации. Това са най точен часовниккоито някога са били, са и ще бъдат.Без тях интернет нямаше да се синхронизира, нямаше да знаем разстоянието до други планети и звезди и т.н.
В часове в секунда се вземат 9 192 631 770 периода на електромагнитно излъчване, възникнали по време на прехода между две енергийни нива на атома цезий-133. Такива часовници се наричат цезиеви. Но това е само един от трите вида атомни часовници. Има и водородни и рубидиеви часовници. Най-често обаче се използват цезиеви часовници, така че няма да се спираме на други видове.
Принцип на действие на цезиев атомен часовник
Лазерът нагрява атомите на изотопа на цезия и в този момент вграденият резонатор регистрира всички преходи на атомите. И както споменахме по-рано, след достигане на 9 192 631 770 прехода се отчита една секунда.
Лазер, вграден в корпуса на часовника, загрява атомите на изотопа на цезия. По това време резонаторът записва броя на преходите на атомите към ново енергийно ниво. Когато се достигне определена честота, а именно 9 192 631 770 прехода (Hz), една секунда се отчита въз основа на международна система SI.
Използва се в сателитна навигация
Процес на дефиниране точно местоположениеИдентифицирането на един или друг обект с помощта на сателит е много трудно. В това участват няколко сателита, а именно повече от 4 на приемник (например GPS навигатор в кола).
Всеки сателит съдържа атомен часовник с висока точност, сателитен радиопредавател и генератор на цифров код. Радиопредавателят изпраща цифров код и информация за сателита към Земята, а именно орбитални параметри, модел и т.н.
Часовникът определя колко време е отнело този код да достигне до приемника. По този начин, знаейки скоростта на разпространение на радиовълните, се изчислява разстоянието до приемника на Земята. Но един сателит не е достатъчен за това. Съвременните GPS приемници могат да приемат сигнали от 12 сателита едновременно, което ви позволява да определите местоположението на обект с точност до 4 метра. Между другото, заслужава да се отбележи, че GPS навигаторите не изискват абонаментна такса.
Първо, човечеството използва часовниците като средство за контрол на програмното време.
Второ, в днешно време измерването на времето е най-много точен изгледот всички извършени измервания: точността на измерване на времето сега се определя от невероятна грешка от порядъка на 1·10-11%, или 1 s за 300 хиляди години.
И постигнахме такава точност модерни хоракогато започнаха да използват атоми, които в резултат на своите трептения са регулатор на атомния часовник. Атомите на цезия са в две енергийни състояния, от които се нуждаем (+) и (-). Електромагнитно излъчванес честота 9 192 631 770 херца се образува, когато атомите преминават от състояние (+) към (-), създавайки прецизен, постоянен периодичен процес - регулатор на кода на атомния часовник.
За да работят атомните часовници точно, цезият трябва да се изпари в пещ, процес, който освобождава неговите атоми. Зад фурната има сортиращ магнит, който има пропускателна способностатоми в (+) състояние, а в него, поради облъчване в микровълново поле, атомите преминават в (-) състояние. Вторият магнит насочва атомите, които са променили състоянието (+) на (-) в приемащото устройство. Много атоми, които са променили състоянието си, се получават само ако честотата на микровълновия излъчвател съвпада точно с честотата на цезиевата вибрация от 9 192 631 770 херца. В противен случай броят на атомите (-) в приемното устройство намалява.
Уредите постоянно следят и регулират постоянната честота от 9 192 631 770 херца. Това означава, че мечтата на дизайнерите на часовници се сбъдна, открит е абсолютно постоянен периодичен процес: честота от 9 192 631 770 херца, която регулира хода на атомните часовници.
Днес, в резултат на международно споразумение, една секунда се определя като периодът на излъчване, умножен по 9 192 631 770, съответстващ на прехода между две свръхфини структурни ниваосновно състояние на атома цезий (изотоп цезий-133).
За да измерите точното време, можете също да използвате вибрации на други атоми и молекули, като атоми на калций, рубидий, цезий, стронций, водородни молекули, йод, метан и др. Излъчването на цезиевия атом обаче се разпознава като честота стандартен. За да се сравнят вибрациите на различни атоми със стандарт (цезий), е създаден титаниево-сапфирен лазер, който генерира широк диапазон от честоти в диапазона от 400 до 1000 nm.
Първият създател на кварцови и атомни часовници е английски физик експериментатор Есен Луис (1908-1997). През 1955 г. той създава първия стандарт за атомна честота (време), използвайки лъч цезиеви атоми. В резултат на тази работа, 3 години по-късно (1958 г.) възниква времева услуга, базирана на атомния честотен стандарт.
В СССР академик Николай Генадиевич Басов представи своите идеи за създаване на атомни часовници.
така че атомен часовник,един от точни типовечасовник - устройство за измерване на времето, където се използва махало естествени вибрацииатоми или молекули. Стабилността на атомните часовници е най-добрата сред всички съществуващи типовечаса, което е депозит най-висока точност. Генераторът на атомен часовник произвежда повече от 32 768 импулса в секунда, за разлика от конвенционалните часовници. Атомните вибрации не зависят от температурата на въздуха, вибрациите, влажността и много други външни фактори.
IN модерен святКогато просто не можете без навигация, атомните часовници са станали незаменими помощници. Те са в състояние да определят местоположението космически кораб, сателит, балистична ракета, самолет, подводница, автомобил автоматично чрез сателитна комуникация.
Така през последните 50 години атомните часовници или по-точно цезиевите часовници се смятат за най-точни. Те отдавна се използват от службите за време, а сигналите за време се излъчват и от някои радиостанции.
Устройството на атомния часовник се състои от 3 части: 
квантов дискриминатор,
кварцов осцилатор,
комплекс по електроника.
Кварцовият осцилатор генерира честота (5 или 10 MHz). Осцилаторът е RC радиогенератор, който използва пиезоелектрични режими на кварцов кристал като резонансен елемент, където атомите, които са променили състоянието (+) на (-), се сравняват, за да се увеличи стабилността, неговата честота се сравнява постоянно с трептенията на квантов дискриминатор (атоми или молекули). Когато възникне разлика в трептенията, електрониката регулира честотата на кварцовия осцилатор до нула, като по този начин повишава стабилността и точността на часовника до желаното ниво.
В съвременния свят атомните часовници могат да се произвеждат във всяка страна по света за употреба ежедневието. Те са много малки на размер и красиви. Размерът на най-новия нов атомен часовник е не повече от кибритена кутияи ниската им консумация на енергия - под 1 Watt. И това не е границата, може би в бъдеще технически прогресще достигне мобилни телефони. Междувременно компактни атомни часовници се инсталират само на стратегически ракети, за да увеличат многократно точността на навигацията.
Днес мъжки и дамски атомни часовници за всеки вкус и бюджет могат да бъдат закупени в онлайн магазини.
През 2011 г. най-малкият атомен часовник в света е създаден от специалисти от Symmetricom и Sandia National Laboratories. Този часовник е 100 пъти по-компактен от предишните налични в търговската мрежа версии. Размерът на атомния хронометър не е по-голям от кибритена кутия. За да работи, той се нуждае само от 100 mW мощност - това е 100 пъти по-малко в сравнение с неговите предшественици.
Възможно е да се намали размерът на часовника, като се инсталира вместо пружини и зъбни колела механизъм, работещ на принципа на определяне на честотата електромагнитни вълни, излъчвани от атоми на цезий под въздействието на лазерен лъч с незначителна мощност.
Такива часовници се използват в навигацията, както и в работата на миньори, водолази, където е необходимо точно да се синхронизира времето с колегите на повърхността, както и услуги за точно време, тъй като грешката на атомните часовници е по-малка от 0,000001 фракции от секунда на ден. Цената на рекордно малкия атомен часовник Symmetricom беше около 1500 долара.
Миналата година, 2012, отбеляза четиридесет и пет години, откакто човечеството реши да използва атомно отчитане на времето, за да измерва времето възможно най-точно. През 1967 г. международната категория време престана да се определя от астрономически скали - те бяха заменени от цезиевия честотен стандарт. Именно той получи сега популярното име - атомен часовник. Точно време, което те позволяват да определят, има незначителна грешка от една секунда за три милиона години, което им позволява да бъдат използвани като времеви стандарт във всяко кътче на света.
Малко история
Самата идея за използване на атомни вибрации за свръхпрецизно измерване на времето е изразена за първи път през 1879 г. от британския физик Уилям Томсън. Този учен предложи използването на водород като емитер на резонаторни атоми. Първите опити идеята да се приложи на практика са направени едва през 40-те години. двадесети век. Първият в света работещ атомен часовник се появява през 1955 г. във Великобритания. Техен създател е британският физик експериментатор д-р Луис Есен. Тези часовници работеха въз основа на вибрации на атоми цезий-133 и благодарение на тях учените най-накрая успяха да измерват времето с много по-голяма точностотколкото беше преди. Първото устройство на Есен допусна грешка от не повече от секунда за всеки сто години, но впоследствие се увеличи многократно и грешката за секунда може да се натрупа само за 2-3 сто милиона години.
Атомен часовник: принцип на действие
Как работи това умно „устройство“? Атомните часовници използват молекули или атоми като генератор на резонансна честота. квантово ниво. установява системна връзка атомно ядро- електрони" с няколко дискретни енергийни нива. Ако такава система се влияе със строго определена честота, тогава тази система ще премине от ниско ниводо високо. Също така е възможно обратен процес: преход на атом от повече високо ниводо ниско, придружено от излъчване на енергия. Тези явления могат да бъдат контролирани и всички енергийни скокове могат да бъдат записани чрез създаване на нещо като осцилаторна верига (наричана още атомен осцилатор). Неговата резонансна честотаще съответства на разликата в енергиите на съседните преходни нива на атомите, разделена на константата на Планк.
Такива колебателна веригаима неоспорими предимства в сравнение със своите механични и астрономически предшественици. За един такъв атомен осцилатор резонансната честота на атомите на всяко вещество ще бъде една и съща, което не може да се каже за махала и пиезокристали. Освен това атомите не променят свойствата си с времето и не се износват. Следователно атомните часовници са изключително точни и практически вечни хронометри.
Точно време и модерни технологии
Телекомуникационни мрежи, сателитни комуникации, GPS, NTP сървъри, електронни транзакции на фондовата борса, интернет търгове, процедурата за закупуване на билети чрез Интернет - всички тези и много други явления отдавна са твърдо установени в нашия живот. Но ако човечеството не беше изобретило атомния часовник, всичко това просто нямаше да се случи. Точното време, синхронизирането с което ви позволява да сведете до минимум всякакви грешки, закъснения и забавяния, позволява на човек да се възползва максимално от този безценен незаменим ресурс, от който никога няма твърде много.