Visoko precizni atomski satovi koji prave grešku od jedne sekunde svakih 300 miliona godina. Ovaj sat, koji je zamijenjen stari model, koji je dozvolio grešku od jedne sekunde u sto miliona godina, sada postavlja standard za američko građansko vrijeme. Lenta.ru je odlučio podsjetiti na istoriju stvaranja atomskih satova.
Prvi atom
Da bi se napravio sat, dovoljno je koristiti bilo koji periodični proces. A istorija pojave instrumenata za mjerenje vremena dijelom je povijest pojave bilo novih izvora energije ili novih oscilatornih sistema koji se koriste u satovima. Najjednostavniji sat je vjerovatno sunčani sat: za njegov rad trebate samo Sunce i predmet koji baca sjenu. Nedostaci ove metode određivanja vremena su očigledni. Ni voda i pješčani satovi nisu ništa bolji: oni su prikladni samo za mjerenje relativno kratkih vremenskih perioda.
Najstariji mehanički satovi pronađeni su 1901. u blizini ostrva Antikitera na potopljenom brodu u Egejskom moru. Sadrže oko 30 bronzanih zupčanika u drvenom kućištu dimenzija 33 x 18 x 10 centimetara i datiraju iz otprilike stote godine prije nove ere.
Gotovo dvije hiljade godina, mehanički satovi bili su najprecizniji i najpouzdaniji. Pojava 1657. klasičnog djela Kristijana Hajgensa „Sat sa klatnom“ („Horologium oscillatorium, sive de motu pendulorum an horologia aptato demonstrationes geometrica“), koji opisuje uređaj za merenje vremena sa klatnom kao oscilirajućim sistemom, verovatno je bio apogej u istorija razvoja mehaničkih instrumenata takvog tipa.
Međutim, astronomi i pomorci su i dalje koristili zvjezdano nebo i karte kako bi odredili svoju lokaciju i točno vrijeme. Prvi električni sat izumio je 1814. godine Francis Ronalds. Međutim, prvi takav uređaj bio je neprecizan zbog osjetljivosti na promjene temperature.
Dalja istorija satova povezana je sa upotrebom različitih oscilatornih sistema u uređajima. Predstavljeni 1927. od strane Bell Laboratories, kvarcni satovi su iskoristili piezoelektrična svojstva kristala kvarca: kada su bili izloženi električna struja kristal počinje da se skuplja. Moderni kvarcni hronometri mogu biti precizni do 0,3 sekunde mjesečno. Međutim, budući da je kvarc podložan starenju, satovi vremenom postaju manje precizni.
Sa razvojem atomska fizika Naučnici su predložili korištenje čestica materije kao oscilatornih sistema. Tako su se pojavili prvi atomski satovi. Ideju o mogućnosti korištenja atomskih vibracija vodonika za mjerenje vremena predložio je još 1879. godine engleski fizičar Lord Kelvin, ali je to postalo moguće tek sredinom 20. stoljeća.
Reprodukcija slike Huberta von Herkomera (1907.)
1930-ih, američki fizičar i pionir nuklearne magnetne rezonance Isidor Rabi počeo je raditi na atomskom satu cezij-133, ali ga je izbijanje rata spriječilo u tome. Nakon rata, 1949. godine, prvi molekularni sat koji koristi molekule amonijaka kreiran je u Američkom nacionalnom komitetu za standarde uz učešće Harolda Lyonsona. Ali prvi takvi instrumenti za mjerenje vremena nisu bili tako precizni kao moderni atomski satovi.
Relativno niska preciznost bila je posljedica činjenice da se zbog interakcije molekula amonijaka međusobno i sa zidovima posude u kojoj se nalazila ova tvar, energija molekula promijenila i njihove spektralne linije su se proširile. Ovaj efekat je vrlo sličan trenju kod mehaničkog sata.
Kasnije, 1955. godine, Louis Essen iz Britanske nacionalne fizičke laboratorije predstavio je prvi atomski sat cezijum-133. Ovaj sat je akumulirao grešku od jedne sekunde tokom milion godina. Uređaj je dobio naziv NBS-1 i počeo se smatrati standardom frekvencije za cezijum.
Shematski dijagram Atomski sat se sastoji od kvarcnog oscilatora kojim upravlja diskriminator koji koristi povratno kolo. Oscilator koristi piezoelektrična svojstva kvarca, dok diskriminator koristi energetske vibracije atoma tako da se vibracije kvarca prate signalima sa prelaza sa različitih energetskih nivoa u atomima ili molekulima. Između generatora i diskriminatora nalazi se kompenzator koji je podešen na frekvenciju atomskih vibracija i upoređuje je sa frekvencijom vibracije kristala.
Atomi koji se koriste u satu moraju osigurati stabilne vibracije. Za svaku frekvenciju elektromagnetnog zračenja postoje atomi: kalcijum, stroncijum, rubidijum, cezijum, vodonik. Ili čak molekule amonijaka i joda.
Vremenski standard
Pojavom atomskih instrumenata za mjerenje vremena postalo je moguće koristiti ih kao univerzalni standard za određivanje sekunde. Od 1884. Griničko vrijeme, koje se smatra svjetskim standardom, ustupilo je mjesto standardu atomskih satova. Godine 1967. odlukom 12. Generalne konferencije za utege i mjere jedna sekunda je definirana kao trajanje 9192631770 perioda zračenja koji odgovara prijelazu između dva hiperfina nivoa osnovnog stanja atoma cezijuma-133. Ova definicija drugog ne zavisi od astronomskih parametara i može se reproducirati bilo gdje na planeti. Cezijum-133, koji se koristi u standardu atomskog sata, jedini je stabilan izotop cezijuma sa 100% zastupljenosti na Zemlji.
Atomski satovi se takođe koriste u satelitskim navigacionim sistemima; neophodni su za određivanje tačnog vremena i satelitskih koordinata. Dakle, svaki GPS satelit ima četiri seta takvih satova: dva rubidijuma i dva cezija, koji obezbeđuju tačnost prenosa signala od 50 nanosekundi. Ruski sateliti sistema GLONASS takođe su opremljeni instrumentima za atomsko merenje vremena cezijuma i rubidijuma, a sateliti evropskog sistema za geopozicioniranje Galileo opremljeni su vodoničnim i rubidijumskim.
Preciznost vodoničnih satova je najveća. To je 0,45 nanosekundi u 12 sati. Očigledno, Galileova upotreba tako preciznih satova učiniće ovaj navigacioni sistem vodećim već u 2015. godini, kada će u orbiti biti 18 njegovih satelita.
Kompaktni atomski sat
Hewlett-Packard je postao prva kompanija koja je razvila kompaktni atomski sat. Godine 1964. kreirala je HP 5060A cezij uređaj, veličine velikog kofera. Kompanija je nastavila da razvija ovaj pravac, ali je 2005. prodala svoju diviziju za razvoj atomskih satova kompaniji Symmetricom.
2011. godine stručnjaci iz Draper Laboratory i Sandia National Laboratories razvili su i Symmetricom je objavio prvi minijaturni atomski sat, Quantum. U trenutku puštanja u prodaju koštali su oko 15 hiljada dolara, bili su zatvoreni u zapečaćenoj kutiji dimenzija 40 x 35 x 11 milimetara i težili su 35 grama. Potrošnja energije sata bila je manja od 120 milivata. Prvobitno su razvijeni po narudžbi Pentagona i trebali su služiti navigacijskim sistemima koji rade nezavisno od GPS sistema, na primjer, duboko pod vodom ili zemljom.
Već krajem 2013 Američka kompanija Bathys Hawaii je predstavio prvi atomski ručni sat. Oni koriste SA.45s čip koji proizvodi Symmetricom kao glavnu komponentu. Unutar čipa nalazi se kapsula sa cezijem-133. Dizajn sata takođe uključuje fotoćelije i laser male snage. Potonji osigurava zagrijavanje plinovitog cezija, zbog čega se njegovi atomi počinju kretati iz jednog nivo energije drugi. Merenje vremena se precizno vrši snimanjem takvog prelaza. Cijena novog uređaja je oko 12 hiljada dolara.
Trendovi ka minijaturizaciji, autonomiji i preciznosti dovest će do toga da će se u bliskoj budućnosti na svim područjima pojaviti novi uređaji koji koriste atomske satove ljudski život, počevši od svemirskih istraživanja satelita i stanica u orbiti do aplikacije u domaćinstvu u sistemima soba i zglobova.
Često čujemo frazu da atomski satovi uvijek pokazuju tačno vreme. Ali iz njihovog imena je teško razumjeti zašto su atomski satovi najprecizniji ili kako rade.
Samo zato što naziv sadrži riječ "atomski" ne znači da sat predstavlja opasnost po život, čak i ako misli na atomska bomba ili nuklearna elektrana. IN u ovom slučaju mi samo pričamo o tome kako sat radi. Ako se u običnom mehaničkom satu oscilatorna kretanja izvode zupčanicima i broje se njihova kretanja, tada se u atomskom satu broje oscilacije elektrona unutar atoma. Da bismo bolje razumjeli princip rada, prisjetimo se fizike elementarnih čestica.
Sve supstance u našem svetu su napravljene od atoma. Atomi se sastoje od protona, neutrona i elektrona. Protoni i neutroni se međusobno kombinuju i formiraju jezgro, koje se još naziva i nukleon. Elektroni se kreću oko jezgra, koji mogu biti na različitim energetskim nivoima. Najzanimljivije je da prilikom apsorpcije ili oslobađanja energije, elektron može preći sa svog energetskog nivoa na viši ili niži. Elektron može dobiti energiju od elektromagnetnog zračenja, apsorbirajući ili emitujući elektromagnetno zračenje određene frekvencije sa svakim prijelazom.
Najčešće postoje satovi u kojima se za promjenu koriste atomi elementa Cezij -133. Ako za 1 sekundu klatno redovni sat obavezuje 1 oscilatorno kretanje, zatim elektrona u atomskim satovima na bazi cezijuma-133, pri prelasku sa jednog energetskog nivoa na drugi, emituju elektromagnetno zračenje frekvencije 9192631770 Hz. Ispostavilo se da je jedna sekunda podijeljena na točno ovaj broj intervala ako se računa u atomskim satovima. Ovu vrijednost je međunarodna zajednica zvanično usvojila 1967. godine. Zamislite ogroman brojčanik sa ne 60, već 9192631770 podjela, koji čine samo 1 sekundu. Nije iznenađujuće da su atomski satovi toliko precizni i da imaju niz prednosti: atomi nisu podložni starenju, ne troše se, a frekvencija oscilacija će uvijek biti ista za jedan hemijski element, zahvaljujući kojoj je moguće sinhrono porediti, na primjer, očitanja atomskih satova daleko u svemiru i na Zemlji, bez straha od grešaka.
Zahvaljujući atomskim satovima, čovječanstvo je u praksi moglo provjeriti ispravnost teorije relativnosti i uvjeriti se da je bolja nego na Zemlji. Atomski satovi su instalirani na mnogim satelitima i svemirskim letjelicama, koriste se za potrebe telekomunikacija, za mobilne komunikacije i koriste se za upoređivanje tačnog vremena na cijeloj planeti. Bez pretjerivanja, zahvaljujući izumu atomskih satova čovječanstvo je moglo ući u eru visoke tehnologije.
Kako rade atomski satovi?
Cezijum-133 se zagreva isparavanjem atoma cezijuma, koji prolaze kroz magnetno polje, gde se biraju atomi sa željenim energetskim stanjima.
Odabrani atomi zatim prolaze kroz magnetno polje frekvencije blizu 9192631770 Hz, koje stvara kvarcni oscilator. Pod uticajem polja, atomi cezijuma ponovo menjaju energetska stanja i padaju na detektor koji beleži kada najveći broj dolazeći atomi će imati "ispravno" energetsko stanje. Maksimalni iznos atomi s promijenjenim energetskim stanjem označava da je frekvencija mikrovalnog polja odabrana ispravno, a zatim se njena vrijednost unosi u elektronski uređaj - djelitelj frekvencije, koji, smanjujući frekvenciju cijeli broj puta, prima broj 1, koji je referentni drugi.
Stoga se atomi cezija koriste za provjeru ispravnosti frekvencije magnetsko polje, koju stvara kristalni oscilator, pomažući da se održava na konstantnoj vrijednosti.
ovo je zanimljivo: Iako su trenutni atomski satovi neviđeno precizni i mogu raditi milionima godina bez grešaka, fizičari neće stati na tome. Koristeći atome različitih hemijskih elemenata, oni neprestano rade na poboljšanju tačnosti atomskih satova. Među najnovijim izumima je atomski sat stroncijum, koji su tri puta precizniji od svog cezijuma. Da zaostanu samo za sekundu, trebat će im 15 milijardi godina - vrijeme koje premašuje starost našeg Univerzuma...
Ako pronađete grešku, označite dio teksta i kliknite Ctrl+Enter.
Atomski sat je uređaj za vrlo precizno mjerenje vremena. Ime su dobili po principu rada, jer se kao tačka koriste prirodne vibracije molekula ili atoma. Atomski satovi su našli vrlo široku primenu u navigaciji, u svemirskoj industriji, za određivanje lokacije satelita, u vojnoj oblasti, za detekciju letelica, a takođe i u telekomunikacijama.
Kao što vidite, postoji mnogo područja primjene, ali zašto im je svima potrebna takva preciznost, jer je danas greška konvencionalnih atomskih satova samo 1 sekunda u 30 miliona godina? Ali postoji nešto još preciznije. Sve je razumljivo, jer se za izračunavanje udaljenosti koristi vrijeme, a tu mala greška može dovesti do stotina metara, pa čak i kilometara, ako uzmemo kosmičke udaljenosti. Na primjer, uzmite američki GPS navigacijski sistem, kada koristite konvencionalni elektronski sat, greška u mjerenju koordinata će biti prilično značajna, što može uticati na sve ostale proračune, a to može dovesti do posljedica kada su u pitanju svemirske tehnologije. Naravno, za GPS prijemnike u mobilnim uređajima i drugim napravama veća preciznost uopće nije bitna.
Najtačnije vrijeme u Moskvi i svijetu može se pronaći na službenoj web stranici - "server preciznog trenutnog vremena" www.timeserver.ru
Od čega su napravljeni atomski satovi?
Atomski sat se sastoji od nekoliko glavnih dijelova: kvarcnog oscilatora, kvantnog diskriminatora i elektronskih jedinica. Glavni koji postavlja referencu je kvarcni oscilator, koji je izgrađen na kvarcnim kristalima i, po pravilu, proizvodi standardnu frekvenciju od 10, 5, 2,5 MHz. Jer stabilan rad kvarc bez greške je prilično mali, mora se stalno prilagođavati.
Kvantni diskriminator bilježi frekvenciju atomske linije, a ona se u komparatoru frekvencije i faze upoređuje sa frekvencijom kvarcnog oscilatora. Komparator ima povratnu informaciju kvarcnom oscilatoru da ga prilagodi u slučaju neusklađenosti frekvencije.
Atomski satovi se ne mogu izgraditi na svim atomima. Najoptimalniji je atom cezija. Odnosi se na primarnu po kojoj se upoređuju svi ostali odgovarajućih materijala, na primjer, kao što su: stroncij, rubidijum, kalcijum. Primarni etalon je apsolutno pogodan za mjerenje preciznog vremena, zbog čega se naziva primarnim.
Najprecizniji atomski sat na svijetu
Izlaziti s najprecizniji atomski sat nalaze se u UK (zvanično usvojeni). Njihova greška je samo 1 sekunda u 138 miliona godina. Oni su standard za nacionalne standarde vremena mnogih zemalja, uključujući Sjedinjene Države, a također određuju međunarodno atomsko vrijeme. Ali kraljevstvo ne sadrži najpreciznije satove na Zemlji.
najpreciznija fotografija atomskog sata
SAD su objavile da se razvila eksperimentalni tip precizni satovi na atomima cezijuma, njihova greška je bila 1 sekunda u skoro 1,5 milijardi godina. Nauka u ovoj oblasti ne miruje i razvija se velikom brzinom.
Atomski sat 27.01.2016
Rodno mjesto prvog džepnog sata na svijetu s ugrađenim standardom za atomsko vrijeme neće biti Švicarska ili čak Japan. Ideja o njihovom stvaranju potekla je u srcu Velike Britanije kod londonskog brenda Hoptroff
Atomski satovi, ili kako ih još zovu "kvantni satovi", su uređaj koji mjeri vrijeme koristeći prirodne vibracije povezane s procesima koji se odvijaju na nivou atoma ili molekula. Richard Hoptroff je odlučio da je vrijeme da moderna gospoda zainteresovana za ultratehnološke uređaje zamjene svoje mehaničke džepne satove za nešto ekstravagantnije i nekonvencionalnije, a ujedno i u skladu sa modernim urbanim trendovima.
Tako su javnosti prikazani elegantni na svoj način izgled džepni atomski sat Hoptroff br. 10, koji može iznenaditi modernu generaciju, sofisticiranu s obiljem spravica, ne samo retro stilom i fantastičnom preciznošću, već i vijekom trajanja. Prema programerima, ako imate ovaj sat sa sobom, možete ostati najtačnija osoba najmanje 5 milijardi godina.
Šta još možete saznati zanimljivo o njima...
Slika 2. 
Za sve one koje nikada nisu zanimali ovakvi satovi, vrijedi ukratko objasniti princip njihovog rada. Unutar "atomskog uređaja" nema ničega što bi ličilo na klasični mehanički sat. U Hoptroffu br. 10 nema mehaničkih dijelova kao takvih. Umjesto toga, atomski džepni satovi opremljeni su zatvorenom komorom ispunjenom radioaktivnim plinom, čija se temperatura kontrolira posebnom peći. Precizno mjerenje vremena odvija se na sljedeći način: laseri pobuđuju atome hemijskog elementa, koji je svojevrsno “punilo” sata, a rezonator bilježi i mjeri svaki atomski prijelaz. Danas osnovni element sličnih uređaja je cezijum. Ako se prisjetimo SI sistema jedinica, onda je u njemu vrijednost sekunde povezana s brojem perioda elektromagnetnog zračenja tokom prelaska atoma cezijuma-133 s jednog energetskog nivoa na drugi.
Slika 3. 
Ako se u pametnim telefonima srce uređaja smatra procesorskim čipom, onda u Hoptroffu br. 10 ovu ulogu preuzima modul generatora referentnog vremena. Isporučuje ga Symmetricom, a sam čip je prvobitno bio namijenjen upotrebi u vojnoj industriji - u bespilotnim letjelicama.
CSAC atomski sat opremljen je termostatom s kontroliranom temperaturom, koji sadrži komoru koja sadrži paru cezijuma. Pod utjecajem lasera na atome cezijuma-133 počinje njihov prijelaz iz jednog energetskog stanja u drugo, što se mjeri mikrovalnim rezonatorom. Od 1967. Međunarodni sistem jedinica (SI) definiše jednu sekundu kao 9.192.631.770 perioda elektromagnetnog zračenja proizvedenog tokom prelaza između dva hiperfina nivoa osnovnog stanja atoma cezijuma-133. Na osnovu ovoga, teško je zamisliti tehnički precizniji sat na bazi cezijuma. Vremenom, s obzirom na najnovija dostignuća u oblasti merenja vremena, tačnost novih optičkih satova baziranih na aluminijumskom jonu koji pulsira na frekvenciji ultraljubičastog zračenja (100.000 puta višoj od mikrotalasnih frekvencija cezijevih satova) biće stotine puta veća. nego tačnost atomskih hronometara. Pojednostavljeno rečeno, Hoptroffov novi džepni model br. 10 ima grešku u radu od 0,0015 sekundi godišnje, što je 2,4 miliona puta bolje od COSC standarda.
Slika 4. 
Funkcionalna strana uređaja je takođe na ivici fantazije. Uz njegovu pomoć možete saznati: vrijeme, datum, dan u sedmici, godinu, geografsku širinu i dužinu u različite veličine, pritisak, vlažnost, zvezdani sati i minute, prognoza plime i oseke i mnogi drugi pokazatelji. Sat dolazi u zlatnoj boji, a planirano je da se koristi 3D štampa za izradu njegovog kućišta od plemenitog metala.
Richard Hoptrof iskreno vjeruje da je ova opcija za stvaranje njegove zamisli najpoželjnija. Da bi se malo promijenila komponenta dizajna strukture, neće biti potrebno uopće obnavljati proizvodnu liniju, već za to koristiti funkcionalnu fleksibilnost uređaja za 3D printanje. Međutim, vrijedi napomenuti da je prototip prikazanog sata napravljen na klasičan način.
Slika 5. 
Vrijeme je ovih dana veoma skupo, a Hoptroff br. 10 je direktna potvrda ovoga. Prema preliminarnim informacijama, prva serija atomskih uređaja bit će 12 jedinica, a što se tiče cijene, cijena 1 primjerka iznosit će 78.000 dolara.
Slika 6. 
Prema riječima Richarda Hoptroffa, generalnog direktora brenda, Hoptroffova lokacija u Londonu odigrala je ključnu ulogu u nastanku ove ideje. „U našim kvarcnim mehanizmima koristimo visokoprecizni oscilirajući sistem sa GPS signalom. Ali u centru Londona nije tako lako uhvatiti baš ovaj signal. Jednog dana, tokom putovanja u opservatoriju Greenwich, ugledao sam Hewlett Packard atomski sat tamo i odlučio da sebi kupim nešto slično putem interneta. I nisam mogao. Umjesto toga, naišao sam na informaciju o čipu iz Symmetricona i nakon tri dana razmišljanja shvatio sam da bi bio savršen za džepni sat.”
Čip o kojem je riječ je SA.45s cezijum atomski sat (CSAC), jedan od prve generacije minijaturnih atomskih satova za GPS prijemnike, radio-uređaje i bespilotna vozila. Uprkos svojim skromnim dimenzijama (40 mm x 34,75 mm), ručni sat Još uvijek je malo vjerovatno da će stati. Stoga ih je Hoptroff odlučio opremiti džepnim modelom prilično respektabilnih dimenzija (82 mm u promjeru).
Osim što je najprecizniji sat na svijetu, Hoptroff No 10 (deseti mehanizam marke) također tvrdi da je prvo zlatno kućište napravljeno korištenjem tehnologije 3D printanja. Hoptroff još ne može sa sigurnošću reći koliko će zlata biti potrebno za izradu kućišta (rad na prvom prototipu je završen kada je izdanje izašlo u štampu), ali procjenjuje da će njegova cijena biti “najmanje nekoliko hiljada funti”. I s obzirom na sav taj obim naučno istraživanje, potreban za razvoj proizvoda (uzmimo, na primjer, funkciju izračunavanja oseke i oseke koristeći harmonijske konstante za 3 hiljade različitih luka), možemo očekivati da će njegova konačna maloprodajna cijena biti oko 50 hiljada funti sterlinga.
Zlatno telo modela br. 10 kako izlazi iz 3D štampača iu gotovom obliku
Kupci automatski postaju članovi ekskluzivnog kluba i od njih će se tražiti da potpišu pismeno obećanje da neće koristiti čip atomskog sata kao oružje. „Ovo je jedan od uslova našeg ugovora sa dobavljačem“, objašnjava gospodin Hoptroff, „budući da je atomski čip prvobitno korišćen u sistemima za navođenje projektila.“ Ne treba puno platiti za priliku da imate sat sa besprijekornom preciznošću.
Sretni vlasnici Hoptroff-a broj 10 imat će na raspolaganju mnogo više od samog visokopreciznog sata. Model također funkcionira kao džepni navigacijski uređaj, omogućavajući određivanje geografske dužine s točnošću od jedne nautičke milje, čak i nakon mnogo godina na moru, koristeći jednostavan sekstant. Model će dobiti dva brojčanika, ali dizajn jednog od njih se još čuva u tajnosti. Drugi je vrtlog brojača koji prikazuje čak 28 komplikacija: od svih mogućih hronometrijskih funkcija i kalendarskih indikatora do kompasa, termometra, higrometra (uređaj za mjerenje nivoa vlažnosti), barometra, brojača širine i dužine i oseke/oseke. indikator. I to da ne spominjemo vitalne pokazatelje stanja atomskog termostata.
Hoptroff ima planove za proizvodnju niza novih proizvoda, uključujući elektronsku verziju legendarnog kompliciranog sata Space Traveler Georgea Danielsa. Trenutno se radi na njima, čiji je cilj integrirati Bluetooth tehnologiju u sat radi uštede lična informacija vlasnika i omogućavaju automatsko podešavanje komplikacija kao što je indikator mjesečne faze.
Prvi primjerci br.10 će se pojaviti u sljedeće godine, u međuvremenu, kompanija traži odgovarajuće partnere među maloprodajama. “Mogli bismo, naravno, pokušati da ga prodamo online, ali ovo je premium model, tako da ga i dalje morate držati u rukama da biste ga zaista cijenili. To znači da ćemo i dalje morati da koristimo usluge trgovaca i spremni smo za pregovore“, zaključuje gospodin Hoptroff.
I čak Originalni članak je na web stranici InfoGlaz.rf Link na članak iz kojeg je napravljena ova kopija -
Atomski satovi su najprecizniji instrumenti za mjerenje vremena koji postoje danas, i postaju sve važniji kako se razvijaju i postaju sve složeniji. moderne tehnologije.
Princip rada
Atomski satovi ne drže tačno vreme zahvaljujući radioaktivnog raspada, kao što bi njihovo ime moglo sugerirati, ali koristeći vibracije jezgara i elektrona koji ih okružuju. Njihova frekvencija je određena masom jezgra, gravitacijom i elektrostatičkim "balansom" između pozitivno nabijenog jezgra i elektrona. Ovo ne odgovara sasvim uobičajenom mehanizmu sata. Atomski satovi su pouzdaniji mjerači vremena jer se njihove oscilacije ne mijenjaju ovisno o takvim faktorima okruženje, kao što su vlažnost, temperatura ili pritisak.
Evolucija atomskih satova
Tokom godina, naučnici su shvatili da atomi imaju rezonantne frekvencije povezane sa sposobnošću svakog da apsorbuje i emituje elektromagnetno zračenje. U 1930-im i 1940-im, razvijena je visokofrekventna komunikaciona i radarska oprema koja je mogla komunicirati s rezonantnim frekvencijama atoma i molekula. To je doprinijelo ideji o satu.
Prve primjerke izgradio je 1949. godine Nacionalni institut za standarde i tehnologiju (NIST). Kao izvor vibracija korišten je amonijak. Međutim, oni nisu bili mnogo precizniji od postojećeg vremenskog standarda, a cezijum je korišten u sljedećoj generaciji.
Novi standard
Promjena u preciznosti mjerenja vremena bila je tolika da je 1967. godine Generalna konferencija za utege i mjere definisala SI sekundu kao 9.192.631.770 vibracija atoma cezijuma na njegovoj rezonantnoj frekvenciji. To je značilo da vrijeme više nije povezano sa kretanjem Zemlje. Najstabilniji atomski sat na svijetu stvoren je 1968. godine i korišten je kao dio NIST sistema za mjerenje vremena do 1990-ih.
Automobil za poboljšanje
Jedan od najnovijim dostignućima u ovoj oblasti je lasersko hlađenje. Ovo je poboljšalo odnos signal-šum i smanjilo nesigurnost u signalu sata. Smeštanje ovog rashladnog sistema i druge opreme koja se koristi za poboljšanje cezijumskih satova zahtevalo bi prostor veličine železničkog vagona, iako bi komercijalne verzije mogle stati u kofer. Jedna od ovih laboratorijskih instalacija mjeri vrijeme u Boulderu, Colorado, i najprecizniji je sat na Zemlji. Oni su pogrešni samo za 2 nanosekunde dnevno, ili 1 sekundu na 1,4 miliona godina.
Kompleksna tehnologija
Ova ogromna preciznost rezultat je složenosti tehnološki proces. Prvo se tečni cezijum stavlja u peć i zagreva dok se ne pretvori u gas. Atomi metala izlaze velikom brzinom kroz mali otvor u peći. Elektromagneti uzrokuju da se podijele u zasebne snopove s različitim energijama. Potreban snop prolazi kroz rupu u obliku slova U, a atomi se zrače mikrovalnom energijom frekvencije 9,192,631,770 Hz. Zahvaljujući tome, oni su uzbuđeni i prelaze u drugo energetsko stanje. Magnetno polje zatim filtrira druga energetska stanja atoma.
Detektor reaguje na cezijum i pokazuje maksimum na ispravnoj vrednosti frekvencije. Ovo je neophodno da se konfiguriše kvarcni oscilator koji kontroliše mehanizam sata. Podijelite njegovu frekvenciju sa 9.192.631.770 daje jedan impuls u sekundi.
Ne samo cezijum
Iako najčešći atomski satovi koriste svojstva cezijuma, postoje i drugi tipovi. Razlikuju se po elementu koji se koristi i načinu određivanja promjena nivoa energije. Ostali materijali su vodonik i rubidijum. Atomski satovi vodika funkcionišu slično kao i cezijum satovi, ali zahtevaju posudu sa zidovima od posebnog materijala koji sprečava da atomi prebrzo gube energiju. Rubidijumski satovi su najjednostavniji i najkompaktniji. U njima, staklena ćelija ispunjena plinom rubidijuma mijenja apsorpciju svjetlosti kada je izložena ultravisokoj frekvenciji.
Kome treba tačno vrijeme?
Danas se vrijeme može mjeriti s izuzetnom preciznošću, ali zašto je to važno? Ovo je neophodno u sistemima kao što su Mobiteli, Internet, GPS, avio programi i digitalna televizija. Na prvi pogled to nije očigledno.
Primjer kako se koristi precizno vrijeme je u sinhronizaciji paketa. Hiljade telefonskih poziva prolaze kroz prosječnu komunikacijsku liniju. To je moguće samo zato što se razgovor ne prenosi u potpunosti. Telekomunikaciona kompanija ga dijeli na male pakete i čak preskače neke informacije. Zatim prolaze kroz liniju zajedno s paketima drugih razgovora i vraćaju se na drugom kraju bez miješanja. Sistem taktiranja telefonske centrale može odrediti koji paketi pripadaju datom razgovoru prema tačnom vremenu kada je informacija poslata.
GPS
Druga implementacija preciznog vremena je globalni sistem pozicioniranja. Sastoji se od 24 satelita koji prenose svoje koordinate i vrijeme. Svaki GPS prijemnik se može povezati s njima i uporediti vrijeme emitiranja. Razlika omogućava korisniku da odredi svoju lokaciju. Da ovi satovi nisu baš precizni, onda bi GPS sistem bio nepraktičan i nepouzdan.
Granica savršenstva
Sa razvojem tehnologije i atomskih satova, netačnosti Univerzuma postale su uočljive. Zemlja se kreće neravnomjerno, uzrokujući nasumične varijacije u dužini godina i dana. U prošlosti, ove promjene bi ostale nezapažene jer su alati za mjerenje vremena bili previše neprecizni. Međutim, na veliku frustraciju istraživača i naučnika, vrijeme atomskih satova mora se prilagoditi kako bi se kompenzirale anomalije stvarnom svijetu. Oni su nevjerovatni alati koji pomažu u unapređenju moderne tehnologije, ali njihova izvrsnost je ograničena granicama koje postavlja sama priroda.