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 излъчване с честота 9 192 631 770 херца се получава, когато атомите преминават от състояние (+) в състояние (-), създавайки прецизен, постоянен периодичен процес - регулатор на кода на атомния часовник.
За да се атомен часовникработи прецизно, цезият трябва да се изпари в пещ, в резултат на този процес се освобождават неговите атоми. Зад пещта има сортиращ магнит, който има капацитет на атоми в състояние (+), а в него, поради облъчване в микровълновото 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 цезиевия атом (цезиев изотоп-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 атомния часовник е най-добрата сред всички съществуващи типовечасовници, което е ключът към 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 настройва 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 използване в 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, излъчени от цезиеви атоми 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.
Кои „часовникари“ измислиха и подобриха това изключително много прецизен механизъм? Има ли го заместник? Нека се опитаме да го разберем.
През 2012 г. атомното отчитане на времето ще отпразнува четиридесет и петата си годишнина. През 1967 г. категорията време в Международната система от единици започва да се определя не от астрономически скали, а от цезиевия честотен стандарт. Това е, което обикновените хора наричат атомен часовник.
Какъв е принципът на работа на атомните осцилатори? Като източник резонансна честотатези "устройства" използват квантовите енергийни нива на атоми или молекули. Квантова механикасе свързва със системата атомно ядро- електрони" няколко дискретни енергийни нива. Електромагнитно поле с определена честота може да провокира преход на тази система от ниско нивокъм по-висок. Възможно е и обратното явление: атом може да се движи от високо енергийно нивокъм по-нисък с енергийно излъчване. И двете явления могат да бъдат контролирани и тези енергийни скокове между нивата могат да бъдат записани, като по този начин се създава подобие на осцилаторна верига. Резонансната честота на тази верига ще бъде равна на енергийната разлика между двете преходни нива, разделена на константата на Планк.
Полученият атомен осцилатор има несъмнени предимства пред своите астрономически и механични предшественици. Резонансната честота на всички атоми на веществото, избрано за осцилатора, ще бъде една и съща, за разлика от махалата и пиезокристалите. Освен това атомите не се износват и не променят свойствата си с течение на времето. Идеален вариантза практически вечен и изключително прецизен хронометър.
За първи път възможността за използване на междустепенните енергийни преходи в атомите като честотен стандарт е разгледана през 1879 г. от британския физик Уилям Томсън, по-известен като лорд Келвин. Той предложи използването на водород като източник на резонаторни атоми. Неговото изследване обаче беше по-вероятно теоретичен характер. Науката по това време все още не беше готова да разработи атомен хронометър.
Отне почти сто години, докато идеята на лорд Келвин се осъществи. Беше много време, но задачата не беше лесна. Трансформирането на атомите в идеални махала се оказа по-трудно на практика, отколкото на теория. Трудността беше в битката с така наречената резонансна ширина - малка флуктуация в честотата на поглъщане и излъчване на енергия, докато атомите се движат от ниво на ниво. Съотношението на резонансната честота към резонансната ширина определя качеството на атомния осцилатор. Очевидно какво повече стойнострезонансна ширина, толкова по-ниско е качеството атомно махало. За съжаление, не е възможно да се увеличи резонансната честота, за да се подобри качеството. Тя е постоянна за атомите на всяко конкретно вещество. Но резонансната ширина може да бъде намалена чрез увеличаване на времето за наблюдение на атомите.
Технически това може да се постигне както следва: нека външен, например кварцов, осцилатор периодично генерира електромагнитно излъчване, карайки атомите на донорното вещество да прескачат енергийни нива. В този случай задачата на тунера на атомния хронограф е да доближи честотата на този кварцов осцилатор възможно най-близо до резонансната честота на междустепенния преход на атомите. Това става възможно, ако има достатъчно дълъг периоднаблюдаване на вибрациите на атомите и създаване обратна връзка, регулираща честотата на кварца.
Вярно е, че в допълнение към проблема с намаляването на резонансната ширина в атомния хронограф има много други проблеми. Това е ефектът на Доплер - промяна в резонансната честота поради движението на атомите и взаимните сблъсъци на атомите, причиняващи непланирани енергийни преходи и дори влиянието на проникващата енергия на тъмната материя.
Първи опит практическо изпълнениеатомният часовник е предприет през тридесетте години на миналия век от учени от Колумбийския университет под ръководството на бъдещето Нобелов лауреатд-р Исидор Раби. Раби предложи използването на цезиевия изотоп 133 Cs като източник на атоми на махалото. За съжаление, работата на Раби, която силно заинтересува NBS, е прекъсната от Втората световна война.
След завършването му ръководството в реализацията на атомния хронограф преминава към служителя на NBS Харолд Лайънс. Неговият атомен осцилатор работеше с амоняк и даде грешка, съизмерима с най-добрите примерикварцови резонатори. През 1949 г. атомният часовник с амоняк е демонстриран на широката публика. Въпреки доста посредствената точност, те внедриха основните принципи на бъдещите поколения атомни хронографи.
Прототипът на цезиев атомен часовник, получен от Луис Есен, осигурява точност от 1 * 10 -9, докато има резонансна ширина от само 340 херца
Малко по-късно, професоре Харвардски университетНорман Рамзи подобри идеите на Изидор Раби, намалявайки влиянието върху точността на измерванията на ефекта на Доплер. Той предложи вместо един дълъг високочестотен импулс, възбуждащ атоми, да се използват два къси, изпратени към рамената на вълновода на известно разстояние един от друг. Това направи възможно рязкото намаляване на резонансната ширина и действително направени възможно създаванеатомни осцилатори, с порядък по-високи по точност от своите кварцови предци.
През петдесетте години на миналия век, въз основа на схемата, предложена от Норман Рамзи, в Националната физическа лаборатория (Великобритания) нейният служител Луис Есен работи върху атомен осцилатор, базиран на цезиевия изотоп 133 Cs, предложен преди това от Раби. Цезият не е избран случайно.
Схема на нивата на свръхфин преход на атомите на изотопа цезий-133
Принадлежност към групата алкални металицезиевите атоми се възбуждат изключително лесно да прескачат между енергийни нива. Например, лъч светлина може лесно да избие атомна структурацезиев електронен поток. Благодарение на това свойство цезият се използва широко във фотодетекторите.
Дизайн на класически цезиев осцилатор, базиран на вълновод на Рамзи
Първи официален цезиев честотен стандарт NBS-1
Наследник на NBS-1 - осцилаторът NIST-7 използва лазерно изпомпване на лъч от цезиеви атоми
За да се превърне прототипът от Есен в истински стандарт, бяха необходими повече от четири години. В крайна сметка точната настройка на атомните часовници беше възможна само чрез сравнение със съществуващите ефемеридни единици за време. В продължение на четири години атомният осцилатор беше калибриран чрез наблюдение на въртенето на Луната около Земята с помощта на прецизна лунна камера, изобретена от Уилям Марковиц от Военноморската обсерватория на САЩ.
„Настройването“ на атомните часовници към лунните ефемериди е извършено от 1955 до 1958 г., след което устройството е официално признато от NBS за честотен стандарт. Нещо повече, безпрецедентната точност на цезиевите атомни часовници подтикна NBS да промени единицата време в стандарта SI. От 1958 г. „продължителността на 9 192 631 770 периода на излъчване, съответстваща на прехода между две свръхфини нива“ е официално приета като второ стандартно състояниеатом на изотопа цезий-133".
Устройството на Луис Есен е наречено NBS-1 и е смятано за първия цезиев честотен стандарт.
През следващите тридесет години бяха разработени шест модификации на NBS-1, последната от които, NIST-7, създадена през 1993 г. чрез замяна на магнити с лазерни капани, осигурява точност от 5 * 10 -15 с резонансна ширина само шестдесет - два херца.
Сравнителна таблица на характеристиките на цезиевите честотни стандарти, използвани от NBS
| Цезиев честотен стандарт | Време на работа | Времето служи като официален NPFS стандарт | Резонансна ширина | Дължина на микровълновия вълновод | Стойност на грешката |
| НБС-1 | 1952-1962 | 1959-1960 | 300 Hz | 55 см | 1*10 -11 |
| НБС-2 | 1959-1965 | 1960-1963 | 110 Hz | 164 см | 8*10 -12 |
| НБС-3 | 1959-1970 | 1963-1970 | 48 Hz | 366 см | 5*10 -13 |
| НБС-4 | 1965-1990-те години | не | 130 Hz | 52,4 см | 3*10 -13 |
| НБС-5 | 1966-1974 | 1972-1974 | 45 Hz | 374 см | 2*10 -13 |
| НБС-6 | 1974-1993 | 1975-1993 | 26 Hz | 374 см | 8*10 -14 |
| NBS-7 | 1988-2001 | 1993-1998 | 62 Hz | 155 см | 5*10 -15 |
NBS устройствата са стационарни стойки, което им позволява да бъдат класифицирани като стандарти, а не като практически използвани осцилатори. Но за чисто практически цели Hewlett-Packard работи в полза на цезиевия честотен стандарт. През 1964 г. бъдещият компютърен гигант създава компактна версия на цезиевия честотен стандарт - устройството HP 5060A.
Калибрирани с помощта на стандарти NBS, честотните стандарти HP 5060 се побират в типичен радио шкаф и имат търговски успех. Благодарение на честотния стандарт на цезия, определен от Hewlett-Packard, безпрецедентната точност на атомните часовници стана широко разпространена.
Hewlett-Packard 5060A.
В резултат на това неща като сателитна телевизия и комуникации станаха възможни, глобални системиуслуги за навигация и синхронизиране на времето на информационни мрежи. Има много приложения за индустриализираната технология на атомния хронограф. В същото време Hewlett-Packard не спря дотук и непрекъснато подобрява качеството на цезиевите стандарти и тяхното тегло и размери.
Семейство атомни часовници Hewlett-Packard
През 2005 г. подразделението за атомни часовници на Hewlett-Packard беше продадено на Simmetricom.
Наред с цезия, чиито запаси в природата са много ограничени, а търсенето му е много различно технологични областиизключително голям, рубидий, чиито свойства са много близки до цезия, е използван като донорно вещество.
Изглежда съществуваща схемаатомните часовници са доведени до съвършенство. Междувременно имаше досаден недостатък, чието премахване стана възможно във второто поколение цезиеви честотни стандарти, наречени цезиеви фонтани.
Фонтани от време и оптична меласа
Въпреки най-висока точностатомният хронометър NIST-7, който използва лазерно откриване на състоянието на цезиевите атоми, неговата верига не се различава фундаментално от веригите на първите версии на цезиевите честотни стандарти.
Проектен недостатък на всички тези схеми е, че е фундаментално невъзможно да се контролира скоростта на разпространение на лъч от цезиеви атоми, движещ се във вълновод. И това въпреки факта, че скоростта на движение на цезиевите атоми при стайна температура- сто метра в секунда. Много бързо.
Ето защо всички модификации на цезиевите стандарти са търсене на баланс между размера на вълновода, който има време да повлияе на бързите цезиеви атоми в две точки, и точността на откриване на резултатите от това въздействие. Колкото по-малък е вълноводът, толкова по-трудно е да се направи сериен електромагнитни импулси, засягащи същите атоми.
Ами ако намерим начин да намалим скоростта на цезиевите атоми? Именно тази идея занимава студента от Масачузетския технологичен институт Джеролд Закариус, който изучава влиянието на гравитацията върху поведението на атомите в края на четиридесетте години на миналия век. По-късно, участвайки в разработването на вариант на цезиевия честотен стандарт Atomichron, Захариус предлага идеята за цезиев фонтан - метод за намаляване на скоростта на цезиевите атоми до един сантиметър в секунда и премахване на двураменния вълновод на традиционните атомни осцилатори.
Идеята на Захарий беше проста. Ами ако изстреляте цезиеви атоми вертикално вътре в осцилатор? След това едни и същи атоми ще преминат през детектора два пъти: веднъж, докато пътуват нагоре, и веднъж, докато пътуват надолу, където се задвижват от гравитацията. В този случай движението надолу на атомите ще бъде значително по-бавно от тяхното излитане, тъй като по време на пътуването си във фонтана те ще губят енергия. За съжаление през 50-те години на миналия век Захарий не успява да реализира своите идеи. В неговия експериментални съоръженияатомите, движещи се нагоре, взаимодействаха с тези, които падаха надолу, което объркваше точността на откриването.
Идеята за Захарий се връща едва през осемдесетте години. Учени от Станфордския университет, ръководени от Стивън Чу, са намерили начин да реализират фонтана Захариус, използвайки метод, който наричат "оптична меласа".
В цезиевия фонтан Chu облак от цезиеви атоми, изстрелян нагоре, е предварително охладен от система от три двойки противонасочени лазери, които имат резонансна честота точно под оптичния резонанс на цезиевите атоми.
Схема на цезиев фонтан с оптична меласа.
Лазерно охладените цезиеви атоми започват да се движат бавно, сякаш през меласа. Скоростта им пада до три метрав секунда. Намаляването на скоростта на атомите дава на изследователите възможност за по-точно откриване на състояния (трябва да признаете, че е много по-лесно да видите регистрационните номера на кола, движеща се със скорост от един километър в час, отколкото кола, движеща се със скорост от сто километри в час).
Топка от охладени цезиеви атоми се изстрелва нагоре около метър, преминавайки през вълновод по пътя, през който атомите са изложени на електромагнитно поле с резонансна честота. А детекторът на системата регистрира промяната в състоянието на атомите за първи път. Достигайки „тавана“, охладените атоми започват да падат поради гравитацията и преминават през вълновода за втори път. На връщане детекторът отново записва състоянието им. Тъй като атомите се движат изключително бавно, техният полет под формата на доста плътен облак е лесен за контролиране, което означава, че във фонтана няма да има атоми, летящи нагоре и надолу едновременно.
Съоръжението за цезиев фонтан на Чу беше прието от NBS като честотен стандарт през 1998 г. и наречено NIST-F1. Неговата грешка беше 4 * 10 -16, което означава, че NIST-F1 е по-точен от своя предшественик NIST-7.
Всъщност NIST-F1 достигна границата на точност при измерване на състоянието на цезиевите атоми. Но учените не спират до тази победа. Те решиха да премахнат грешката, която радиацията на черното тяло внася в работата на атомните часовници - резултат от взаимодействието на атомите на цезия с топлинното излъчване на тялото на инсталацията, в която се движат. Новият атомен хронограф NIST-F2 постави цезиев фонтан в криогенна камера, намалявайки радиацията на черното тяло почти до нула. Грешката NIST-F2 е невероятните 3*10 -17.
Графика на намаляване на грешката на стандартните варианти на цезиевата честота
В момента атомните часовници, базирани на цезиеви фонтани, осигуряват на човечеството най-точния стандарт за време, спрямо който бие пулсът на нашата техногенна цивилизация. Благодарение на инженерните трикове импулсните водородни мазери, които охлаждат цезиевите атоми в стационарните версии на NIST-F1 и NIST-F2, бяха заменени от конвенционален лазерен лъч, работещ в тандем с магнитооптична система. Това направи възможно създаването на компактни и много стабилни структури. външни влиянияварианти на стандарти NIST-Fx, които могат да работят в космически кораб. Доста въображаемо наречени „Аерокосмически студен атомен часовник“, тези честотни стандарти са инсталирани в сателитите на навигационни системи като GPS, което гарантира тяхната невероятна синхронизация за решаване на проблема с много точното изчисляване на координатите на GPS приемниците, използвани в нашите джаджи.
Компактна версия на атомния часовник с цезиев фонтан, наречен "Aerospace Cold Atom Clock", се използва в GPS сателитите
Изчисляването на референтното време се извършва от "ансамбъл" от десет NIST-F2, разположени в различни изследователски центрове, в сътрудничество с НБС. Точна стойностатомната секунда се получава колективно и по този начин се елиминират различни грешки и влиянието на човешкия фактор.
Въпреки това е възможно един ден цезиевият честотен стандарт да бъде възприеман от нашите потомци като много груб механизъм за измерване на времето, точно както сега гледаме снизходително на движенията на махалото в механичните часовници на нашите предци.
Атомен часовник 27 януари 2016 г
Родното място на първия в света джобен часовник с вграден атомен стандарт за време няма да бъде Швейцария или дори Япония. Идеята за тяхното създаване се заражда в сърцето на Великобритания от лондонската марка Hoptroff
Атомните часовници, или както ги наричат още „квантови часовници“, са устройство, което измерва времето, използвайки естествени вибрации, свързани с процеси, протичащи на ниво атоми или молекули. Richard Hoptroff реши, че е време съвременните господа, които се интересуват от ултратехнологични устройства, да заменят механичните си джобни часовници с нещо по-екстравагантно и нестандартно, а също и съобразено със съвременните градски тенденции.
Така публиката беше показана елегантна по свой начин външен видджобен атомен часовник Hoptroff No. 10, който може да изненада съвременното поколение, изтънчено с изобилие от джаджи, не само с ретро стил и фантастична точност, но и с експлоатационния си живот. Според разработчиците, като имате този часовник със себе си, можете да останете най-много точен човекза най-малко 5 милиарда години.
Какво още интересно можете да разберете за тях...
Снимка 2. 
За всички онези, които никога не са се интересували от подобни часовници, струва си да обясним накратко принципа на тяхното действие. Вътре в „атомното устройство“ няма нищо, което да прилича на класически механичен часовник. В Hoptroff No. 10 няма механични части като такива. Вместо това джобните атомни часовници са оборудвани със запечатана камера, пълна с радиоактивен материал. газообразно вещество, чиято температура се контролира от специална пещ. Точното отчитане на времето се осъществява по следния начин: лазерите възбуждат атомите на химичен елемент, който е един вид „пълнител“ на часовника, а резонаторът записва и измерва всеки атомен преход. Днес основен елементТакива устройства са цезий. Ако си припомним системата от единици SI, тогава в нея стойността на секундата е свързана с броя на периодите на електромагнитно излъчване по време на прехода на атомите на цезий-133 от едно енергийно ниво на друго.
Снимка 3. 
Ако в смартфоните сърцето на устройството се счита за процесорен чип, то в Hoptroff No. 10 тази роляпоема модула за генериране на референтно време. Доставя се от Symmetricom, а самият чип първоначално е бил предназначен за използване във военната индустрия - в безпилотни летателни апарати.
Атомният часовник CSAC е оборудван с термостат с контролирана температура, който съдържа камера, съдържаща цезиеви пари. Под въздействието на лазер върху атомите на цезий-133 започва преходът им от едно енергийно състояние в друго, което се измерва с помощта на микровълнов резонатор. От 1967г Международна системаединици (SI) определя една секунда като 9 192 631 770 периода на електромагнитно излъчване, възникващо по време на прехода между две свръхфини нива на основното състояние на атома цезий-133. Въз основа на това е трудно да си представим технически по-точен часовник, базиран на цезий. С течение на времето, даден най-новите постиженияВ областта на измерването на времето точността на новите оптични часовници, базирани на алуминиев йон, пулсиращ с честота на ултравиолетово лъчение (100 000 пъти по-висока от микровълновите честоти на цезиевите часовници) ще бъде стотици пъти по-висока от точността на атомните хронометри. Казано просто достъпен език, новият джобен модел No.10 на Hoptroff има грешка при работа от 0,0015 секунди на година, 2,4 милиона пъти стандартите COSC.
Снимка 4. 
Функционалната страна на устройството също е на ръба на фантазията. С него можете да разберете: час, дата, ден от седмицата, година, географска ширина и дължина в различни размери, налягане, влажност, звезден часовники минути, прогноза за приливи и отливи и много други индикатори. Часовникът се предлага в злато, а корпусът е направен от благороден металПредвижда се използването на 3D печат.
Ричард Хоптроф искрено вярва, че е така тази опцияпроизводството на вашето въображение е най-предпочитано. За да промените леко конструктивния компонент на структурата, няма да е необходимо изобщо да реконструирате производствената линия, а да използвате функционалната гъвкавост на устройството за 3D печат за това. Въпреки това си струва да се отбележи, че прототипът на показания часовник е направен по класически начин.
Снимка 5. 
Времето е много ценно в наши дни и джобен часовник Hoptroff No. 10 е пряко потвърждение за това. По предварителна информация, първата партида атомни устройстваще бъде 12 бройки, а що се отнася до цената, цената за 1 екземпляр ще бъде $78 000.
Снимка 6. 
Според Ричард Хоптроф, управляващ директор на марката, резиденцията на Хоптроф в Лондон е изиграла роля ключова роляпри възникването на тази идея. „В нашите кварцови механизми използваме висока точност осцилаторна системас GPS сигнал. Но в центъра на Лондон не е толкова лесно да се хване точно този сигнал. Един ден по време на пътуване до Обсерватория ГринуичВидях там атомния часовник Hewlett Packard и реших да купя нещо подобно за себе си чрез интернет. И не можах. Вместо това попаднах на информация за чип от Symmetricon и след три дни мислене разбрах, че би бил идеален за джобен часовник.“
Чипът, за който говорим ние говорим за, е SA.45s Cesium Atomic Clock (CSAC), едно от първото поколение миниатюрни атомни часовници за GPS приемници, радиостанции в раница и безпилотни превозни средства. Въпреки скромните си размери (40 mm x 34,75 mm), все още е малко вероятно да се побере в ръчен часовник. Затова Hoptroff реши да ги оборудва с джобен модел с доста респектиращи размери (82 мм в диаметър).
Освен че е най-точният часовник в света, Hoptroff No 10 (десетият механизъм на марката) също претендира да бъде първият златен корпус, направен с помощта на технология за 3D принтиране. Hoptroff все още не може да каже със сигурност колко злато ще е необходимо за производството на случая (работата по първия прототип беше завършена, когато изданието влезе в печат), но изчислява, че цената му ще бъде „поне няколко хиляди паунда“. И като се има предвид целият този обем научни изследвания, необходими за разработването на продукта (да вземем например функцията за изчисляване на приливите и отливите с помощта на хармонични константи за 3 хиляди различни порта), можем да очакваме крайната му цена на дребно да бъде около 50 хиляди британски лири стерлинги.
Златно тяло на модел №10 при излизане от 3D принтера и в завършен вид
Купувачите автоматично стават членове на изключителен клуб и ще трябва да подпишат писмено обещание да не използват чипа с атомен часовник като оръжие. „Това е едно от условията на нашето споразумение с доставчика“, обяснява г-н Хоптроф, „тъй като атомният чип първоначално е бил използван в системите за насочване на ракети.“ Не трябва да плащате много за възможността да имате часовник с безупречна точност.
Щастливите собственици на No.10 от Hoptroff ще имат много повече на свое разположение от часовник с висока точност. Моделът функционира и като джобно навигационно устройство, което позволява да се определи географската дължина с точност до една морска миля, дори след много години в морето, с помощта на обикновен секстант. Моделът ще получи два циферблата, но дизайнът на единия от тях все още се пази в тайна. Другият е вихрушка от броячи, показващи до 28 усложнения: от всички възможни хронометрични функции и календарни индикатори до компас, термометър, хигрометър (устройство за измерване на нивата на влажност), барометър, броячи на географска ширина и дължина и прилив/отлив индикатор. И това да не говорим за жизненоважните показатели за състоянието на атомния термостат.
Hoptroff има планове да произведе редица нови продукти, включително електронен вариантЛегендарният усложнен часовник Space Traveler на Джордж Даниелс. Сега се работи по тях, чиято цел е интегрирането им в часовници Bluetooth технологияда спасявам лична информациясобственик и осигурява автоматично регулиране на усложнения като индикатора за фазите на луната.
Първите копия на No.10 ще се появят през следващата година, междувременно компанията търси подходящи партньори сред търговците на дребно. „Можем, разбира се, да се опитаме да го продадем онлайн, но това е премиум модел, така че все още трябва да го държите в ръцете си, за да го оцените наистина. Това означава, че все пак ще трябва да използваме услугите на търговците на дребно и сме готови да започнем преговори“, казва в заключение г-н Хоптроф.
И дори Оригиналната статия е на уебсайта InfoGlaz.rfВръзка към статията, от която е направено това копие -
Често чуваме фразата, че атомните часовници винаги показват точно време. Но от името им е трудно да се разбере защо атомните часовници са най-точни или как работят.
Това, че името съдържа думата „atomic“, не означава, че часовникът представлява опасност за живота, дори ако мислите за атомна бомбаили атомна електроцентрала. IN в този случайние просто говорим за това как работи часовникът. Ако в обикновения механичен часовник осцилаторните движения се извършват от зъбни колела и техните движения се отчитат, то в атомния часовник се отчитат трептенията на електроните вътре в атомите. За да разберем по-добре принципа на действие, нека си припомним физиката на елементарните частици.
Всички вещества в нашия свят са изградени от атоми. Атомите се състоят от протони, неутрони и електрони. Протоните и неутроните се комбинират помежду си, за да образуват ядро, което също се нарича нуклон. Електроните се движат около ядрото, което може да бъде на различни енергийни нива. Най-интересното е, че при поглъщане или освобождаване на енергия електронът може да премине от енергийното си ниво към по-високо или по-ниско. Електронът може да получи енергия от електромагнитно излъчване, като поглъща или излъчва електромагнитно излъчване с определена честота при всеки преход.
Най-често има часовници, в които за смяна се използват атоми на елемента Цезий -133. Ако за 1 секунда махалото редовен часовникправи 1 трептящо движение, след което електроните в атомните часовницибазирани на цезий-133, при преход от едно енергийно ниво към друго те излъчват електромагнитно излъчване с честота 9192631770 Hz. Оказва се, че една секунда се дели на точно толкова интервали, ако се изчислява в атомни часовници. Тази стойност е официално приета от международната общност през 1967 г. Представете си огромен циферблат с не 60, а 9192631770 деления, които съставляват само 1 секунда. Не е изненадващо, че атомните часовници са толкова точни и имат редица предимства: атомите не са подложени на стареене, не се износват и честотата на трептене винаги ще бъде една и съща за един химически елемент, благодарение на което е възможно синхронно сравнявайте, например, показанията на атомните часовници далеч в космоса и на Земята, без страх от грешки.
Благодарение на атомните часовници човечеството успя да тества на практика правилността на теорията на относителността и да се увери, че тя е по-добра, отколкото на Земята. Атомни часовници са инсталирани на много сателити и космически кораби, използват се за телекомуникационни нужди, за мобилни комуникации и се използват за сравняване на точното време на цялата планета. Без преувеличение, благодарение на изобретяването на атомните часовници човечеството успя да навлезе в ерата на високите технологии.
Как работят атомните часовници?
Цезий-133 се нагрява чрез изпаряване на цезиеви атоми, които преминават през магнитно поле, където се избират атоми с желаните енергийни състояния.
След това избраните атоми преминават през магнитно поле с честота, близка до 9192631770 Hz, което се създава от кварцов осцилатор. Под въздействието на полето цезиевите атоми отново променят енергийните състояния и попадат на детектор, който записва кога най-голямото числовходящите атоми ще имат „правилното“ енергийно състояние. Максимално количествоатоми с променено енергийно състояние показва, че честотата на микровълновото поле е избрана правилно и след това стойността му се подава в електронно устройство– честотен делител, който чрез намаляване на честотата с цяло число пъти получава числото 1, което е стандартната секунда.
По този начин цезиевите атоми се използват за проверка на правилната честота на магнитното поле, произведено от кристалния осцилатор, като помагат за поддържането му на постоянна стойност.
Това е интересно: Въпреки че настоящите атомни часовници са безпрецедентно точни и могат да работят милиони години без грешки, физиците няма да спрат дотук. Използване на атоми от различни химически елементи, те непрекъснато работят за подобряване на точността на атомните часовници. Сред най-новите изобретения е атомният часовник стронций, които са три пъти по-точни от своя цезиев аналог. За да изостанат само за секунда, ще им трябват 15 милиарда години - време, надхвърлящо възрастта на нашата Вселена...
Ако намерите грешка, моля, маркирайте част от текста и щракнете Ctrl+Enter.
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.
Национален физическа лабораторияв Англия създава първия часовник, базиран на 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, рубидиевият, използва 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.