Avez-vous déjà remarqué que l'horloge de votre maison indique temps différent? Et comment savoir laquelle de toutes les options est correcte ? Nous apprendrons les réponses à toutes ces questions en étudiant en profondeur le principe de fonctionnement des horloges atomiques.

Horloge atomique : description et principe de fonctionnement

Comprenons d’abord ce qu’est le mécanisme de l’horloge atomique. Une horloge atomique est un appareil avec lequel le temps est mesuré, mais elle utilise ses propres oscillations comme périodicité du processus, et aussi tout se passe sur une horloge atomique et niveau moléculaire. D’où une telle précision.

On peut dire sans se tromper que les horloges atomiques sont les plus précises ! C'est grâce à eux que fonctionnent Internet et la navigation GPS dans le monde ; nous connaissons l'emplacement exact des planètes dans le monde. système solaire. L’erreur de cet appareil est si minime que nous pouvons affirmer avec certitude qu’il est de classe mondiale ! Grâce à l'horloge atomique, toute la synchronisation mondiale se produit ; on sait où se situent certains changements.

Qui a inventé, qui a créé et aussi qui a imaginé cette montre miracle ?

Au début des années quarante du XXe siècle, on connaissait le faisceau atomique. résonance magnétique. Au début, son application n’avait rien à voir avec les montres – ce n’était qu’une théorie. Mais déjà en 1945, Isidor Rabi proposait de créer un appareil dont le concept était qu'il fonctionnerait sur la base de la technique décrite ci-dessus. Mais ils ont été conçus de telle manière qu’ils n’ont pas montré de résultats précis. Et déjà en 1949, le Bureau national des normes a informé le monde entier de la création de la première horloge atomique, basée sur des composés moléculaires d'ammoniac, et déjà en 1952, les technologies étaient maîtrisées pour créer un prototype basé sur des atomes de césium.

Ayant entendu parler des atomes d’ammoniac et de césium, la question se pose : cette merveilleuse horloge est-elle radioactive ? La réponse est claire : non ! Il n’y a pas de désintégration atomique en eux.

De nos jours, il existe de nombreux matériaux à partir desquels les horloges atomiques sont fabriquées. Par exemple, il s'agit de silicium, de quartz, d'aluminium et même d'argent.

Comment fonctionne l'appareil ?

Voyons à quoi ressemble une horloge à énergie atomique et comment elle fonctionne. Pour ce faire, nous vous proposons une description de leur travail :

Pour le bon fonctionnement de cette horloge particulière, ni un pendule ni un oscillateur à quartz ne sont nécessaires. Ils utilisent des signaux issus de la transition quantique d’un seul électron entre deux niveaux d’énergie d’un atome. Nous pouvons ainsi observer une onde électromagnétique. En d’autres termes, nous obtenons des fluctuations fréquentes et un niveau extrêmement élevé de stabilité du système. Chaque année, grâce à de nouvelles découvertes, les processus sont modernisés. Il n'y a pas si longtemps, des spécialistes du National Institute of Standards and Technology (NIST) sont devenus détenteurs de records, établissant un record mondial absolu. Ils ont réussi à amener la précision de l'horloge atomique (basée sur le strontium) à l'écart le plus minime, à savoir : en 15 milliards d'années, une seconde s'écoule. Oui, oui, vous ne le pensiez pas, c’est exactement l’âge actuellement attribué à notre Univers. C'est une découverte colossale ! Après tout, c'était le strontium qui jouait rôle vital dans ce dossier. Un analogue de la « tique » était le mouvement des atomes de strontium dans son réseau spatial, qui a été créé par des scientifiques à l’aide d’un laser. Comme toujours en science, en théorie tout semble enchanteur et déjà amélioré, mais l'instabilité d'un tel système peut s'avérer moins joyeuse en pratique. C’est précisément en raison de son instabilité que le dispositif au césium a gagné en popularité dans le monde entier.

Voyons maintenant en quoi consiste un tel appareil. Les principaux détails ici sont :

• discriminateur quantique;
• générateur de quartz;
• électronique.

Un générateur à quartz est similaire à un auto-oscillateur, mais pour produire élément résonant, il utilise les modes piézoélectriques d'un cristal de quartz.

Disposant d'un discriminateur quantique et d'un oscillateur à quartz, sous l'influence de leur fréquence, ils sont comparés et lorsqu'une différence est détectée, le circuit de rétroaction demande à l'oscillateur à quartz de s'ajuster à la valeur requise et d'augmenter la stabilité et la précision. Du coup, à la sortie on voit sur le cadran valeur exacte, ce qui signifie heure exacte.

Les premiers modèles avaient assez grandes tailles Cependant, en octobre 2013, la société Bathys Hawaii a fait sensation en lançant une montre-bracelet atomique miniature. Au début, tout le monde a pris cette déclaration comme une blague, mais il est vite devenu clair que c'était effectivement vrai, et ils fonctionnent sur la base d'une. Source atomique de césium 133 La sécurité de l'appareil est assurée par le fait que élément radioactif contenu sous forme de gaz dans une capsule spéciale. Des photos de cet appareil se sont répandues dans le monde entier.

De nombreuses personnes s'intéressant au thème des horloges atomiques s'intéressent à la question de la source d'énergie. Une batterie lithium-ion est utilisée comme batterie. Mais hélas, on ne sait pas encore combien de temps durera une telle batterie.

Les horloges de BathysHawaii furent véritablement les premières horloges atomiques. montre-bracelet. Auparavant, il y avait déjà des cas connus de sortie d'un appareil relativement portable, mais, malheureusement, il ne disposait pas de source d'énergie atomique, mais était uniquement synchronisé avec une horloge dimensionnelle réelle via une radio sans fil. Il convient également de mentionner le coût d'un tel gadget. Le plaisir était évalué à 12 mille dollars américains. Il était clair qu'avec un tel prix, la montre ne gagnerait pas en popularité, mais la société ne s'est pas efforcée d'y parvenir, car elle l'a publiée en lot très limité.

On connaît plusieurs types d'horloges atomiques. Il n'y a pas de différences significatives dans leur conception et leurs principes, mais il existe néanmoins quelques différences. Ainsi, les principaux sont les moyens de trouver les changements et leurs éléments. Vous pouvez sélectionner types suivants heures:

1. Hydrogène. Leur essence réside dans le fait que les atomes d'hydrogène sont soutenus au niveau d'énergie requis, mais les parois sont constituées d'un matériau spécial. Sur cette base, nous concluons que ce sont les atomes d'hydrogène qui perdent très rapidement leur état énergétique.
2. Césium. Ils sont basés sur des faisceaux de césium. Il convient de noter que ces montres sont les plus précises.
3. Rubidium. Ce sont les plus simples et les plus compacts.

Comme mentionné précédemment, les horloges atomiques sont un gadget très coûteux. Ainsi, la montre de poche Hoptroff n°10 est un brillant représentant d'une nouvelle génération de jouets. Le prix d'un accessoire aussi élégant et très précis est de 78 mille dollars. Seuls 12 exemplaires ont été produits. Le mécanisme de cet appareil utilise un système oscillatoire haute fréquence, également équipé d'un signal GPS.

L'entreprise ne s'est pas arrêtée là et, dans sa dixième version de la montre, elle souhaite utiliser la méthode consistant à placer le mécanisme dans un boîtier en or, qui sera imprimé sur une imprimante 3D populaire. Il n'a pas encore été calculé exactement combien d'or sera utilisé pour cette version du boîtier, mais le prix de détail estimé de ce chef-d'œuvre est déjà connu - il était d'environ 50 000 livres sterling. Et ce n'est pas le prix final, bien qu'il prenne en compte tous les volumes de recherche, ainsi que la nouveauté et le caractère unique du gadget lui-même.

Faits historiques sur l'utilisation des montres

Comment parler d’horloges atomiques sans évoquer l’essentiel faits intéressants, qui leur sont associés et le temps en général :

1. Saviez-vous que dans l'Egypte ancienne le plus vieux cadran solaire jamais découvert ?
2. L'erreur des horloges atomiques est minime : elle n'est que de 1 seconde toutes les 6 millions d'années.
3. Tout le monde sait qu'il y a 60 secondes dans une minute. Mais peu de gens se sont penchés sur le nombre de millisecondes dans une seconde ? Et il n'y en a pas beaucoup ni peu - des milliers !
4. Chaque touriste qui pouvait visiter Londres a toujours voulu voir Big Ben de ses propres yeux. Mais malheureusement, peu de gens savent que Big Ben n’est pas du tout une tour, mais le nom d’une énorme cloche qui pèse 13 tonnes et qui sonne à l’intérieur de la tour.
5. Vous êtes-vous déjà demandé pourquoi les aiguilles de nos montres vont de gauche à droite ou, comme on disait, « dans le sens des aiguilles d'une montre » ? Ce fait est directement lié à la façon dont l’ombre se déplace sur un cadran solaire.
6. Les toutes premières montres-bracelets ont été inventées en 1812. Elles ont été réalisées par le fondateur de Breguet pour la reine de Naples.
7. Avant la Première Guerre mondiale, les montres-bracelets étaient considérées uniquement comme un accessoire féminin, mais bientôt, en raison de leur commodité, elles furent également choisies par la partie masculine de la population.

Il s’agit d’appareils de mesure du temps dont le principe de fonctionnement repose sur la physique atomique. En raison des propriétés des éléments chimiques utilisés dans la conception, l’erreur de ces montres est minime. Par exemple, les appareils basés sur le thorium 229 connaîtront un retard d'un dixième de seconde dans environ 14 milliards d'années.

Comment fonctionnent les horloges atomiques ?

Si dans les montres à quartz, la fréquence de référence pour déterminer la seconde est le nombre de vibrations d'un cristal de quartz, alors dans les montres atomiques, on considère qu'il s'agit de la fréquence des transitions électroniques dans les atomes de certains éléments chimiques d'un niveau d'énergie un autre.

1 - Composant électronique (puce)

2 - Source nucléaire

3 - Photodétecteur

4 - Chauffage supérieur

5 - Cellule résonante

6 - Plaque ondulée

7 - Chauffage inférieur

8 - Laser à émission verticale

Voici le point : les atomes ont des électrons. Ils ont de l'énergie. Lorsqu'ils absorbent ou libèrent de l'énergie, les électrons sautent d'un niveau d'énergie à un autre, absorbant ou émettant des ondes électromagnétiques dont la fréquence est toujours la même. Ce phénomène peut être contrôlé : lorsqu'un atome est exposé à rayonnement micro-ondes, il répond par un certain nombre de vibrations.

Cette propriété est utilisée pour améliorer la précision des mesures du temps. Ainsi, il est reconnu qu'une seconde correspond à la durée de 9192631770 cycles de rayonnement. Cette fréquence correspond à une transition entre deux niveaux d’énergie de l’atome de césium 133. En comparant la fréquence d’oscillation d’un oscillateur à quartz avec la fréquence de transition des atomes de l’élément, les moindres écarts sont enregistrés. En cas d'écarts, les vibrations du quartz sont ajustées.

Le césium n’est pas le seul matériau utilisé dans les horloges atomiques. Des dispositifs basés sur des éléments chimiques apparaissent qui peuvent apporter encore plus de précision : ytterbium, thorium-229, strontium.

Pourquoi les horloges atomiques sont-elles précises ?

Fréquence d'oscillation élément chimique est le même, ce qui minimise la possibilité d'erreur. De plus, contrairement à un cristal de quartz, les atomes ne s’usent pas et ne perdent pas leur Propriétés chimiques avec le temps.

Autres noms pour les horloges atomiques : quantique, moléculaire.

Premièrement, l’humanité utilise les horloges comme moyen de contrôler le temps d’un programme.

Deuxièmement, de nos jours, la mesure du temps est la mesure la plus vue exacte de toutes les mesures effectuées : la précision de la mesure du temps est désormais déterminée par une erreur incroyable de l'ordre de 1,10-11%, soit 1 s en 300 mille ans.

Et nous avons atteint une telle précision les gens modernes quand ils ont commencé à utiliser atomes, qui, du fait de leurs oscillations, sont le régulateur de l'horloge atomique. Les atomes de césium se trouvent dans les deux dont nous avons besoin, états énergétiques(+) et (-). Un rayonnement électromagnétique d'une fréquence de 9 192 631 770 hertz est produit lorsque les atomes passent de l'état (+) à l'état (-), créant un processus périodique précis et constant - le régulateur du code de l'horloge atomique.

Pour que les horloges atomiques fonctionnent avec précision, le césium doit être évaporé dans un four, un processus qui libère ses atomes. Derrière le four se trouve un aimant de tri, qui a la capacité des atomes à l'état (+), et dans celui-ci, en raison de l'irradiation dans le champ micro-ondes, les atomes passent à l'état (-). Le deuxième aimant dirige les atomes qui ont changé d'état (+) à (-) vers le dispositif récepteur. De nombreux atomes qui ont changé d'état ne sont obtenus que si la fréquence de l'émetteur micro-ondes coïncide exactement avec la fréquence de vibration du césium de 9 192 631 770 hertz. Sinon, le nombre d'atomes (-) dans le dispositif récepteur diminue.

Les appareils surveillent et régulent en permanence la fréquence constante de 9 192 631 770 hertz. Cela signifie que le rêve des concepteurs de montres est devenu réalité, un processus périodique absolument constant a été trouvé : une fréquence de 9 192 631 770 hertz, qui régule le cours des horloges atomiques.

Aujourd'hui, suite à un accord international, une seconde est définie comme la période de rayonnement multipliée par 9 192 631 770, correspondant à la transition entre deux rayons hyperfins. niveaux structurelsétat fondamental de l’atome de césium (isotope césium-133).

Pour mesurer l'heure exacte, vous pouvez également utiliser les vibrations d'autres atomes et molécules, tels que des atomes de calcium, de rubidium, de césium, de strontium, des molécules d'hydrogène, d'iode, de méthane, etc. Cependant, le rayonnement de l'atome de césium est reconnu comme la fréquence. standard. Afin de comparer les vibrations différents atomes Avec l'étalon (césium), un laser titane-saphir a été créé, générant une large gamme de fréquences allant de 400 à 1000 nm.

Le premier créateur d'horloges à quartz et atomiques était un physicien expérimental anglais Essen Lewis (1908-1997). En 1955, il créa le premier étalon atomique de fréquence (temps) utilisant un faisceau d’atomes de césium. À la suite de ces travaux, 3 ans plus tard (1958), un service horaire basé sur l'étalon de fréquence atomique est né.

En URSS, l'académicien Nikolai Gennadievich Basov a présenté ses idées sur la création d'une horloge atomique.

Donc, horloge atomique, un des types exacts Une horloge est un appareil de mesure du temps, où les vibrations naturelles des atomes ou des molécules sont utilisées comme pendule. La stabilité des horloges atomiques est la meilleure de toutes types existants montres, qui est la clé de la plus haute précision. Le générateur d’horloge atomique produit plus de 32 768 impulsions par seconde, contrairement aux horloges classiques. Les vibrations atomiques ne dépendent pas de la température de l’air, des vibrations, de l’humidité et de nombreux autres facteurs externes.

DANS monde moderne Quand on ne peut tout simplement pas se passer de la navigation, les horloges atomiques sont devenues des assistants indispensables. Ils sont capables de déterminer l'emplacement vaisseau spatial, Satellite, missile balistique, avion, sous-marin, voiture automatiquement via communication satellite.

Ainsi, depuis 50 ans, les horloges atomiques, ou plutôt les horloges au césium, sont considérées comme les plus précises. Ils sont utilisés depuis longtemps par les services horaires, et des signaux horaires sont également diffusés par certaines stations de radio.

Le dispositif d'horloge atomique comprend 3 parties :

discriminateur quantique,

oscillateur à quartz,

complexe électronique.

L'oscillateur à quartz génère une fréquence (5 ou 10 MHz). L'oscillateur est un générateur radio RC, qui utilise les modes piézoélectriques d'un cristal de quartz comme élément résonant, où les atomes qui ont changé d'état (+) à (-) sont comparés pour augmenter la stabilité, sa fréquence est constamment comparée aux oscillations de. un discriminateur quantique (atomes ou molécules) . Lorsqu'une différence d'oscillations apparaît, l'électronique ajuste la fréquence de l'oscillateur à quartz pour niveau zéro, augmentant ainsi la stabilité et la précision de la montre au niveau souhaité.

Dans le monde moderne, les horloges atomiques peuvent être fabriquées dans n’importe quel pays du monde pour être utilisées dans Vie courante. Ils sont très petits et beaux. La taille de la dernière nouvelle horloge atomique ne dépasse pas boîte d'allumettes et leur faible consommation d'énergie - moins de 1 Watt. Et ce n'est pas la limite, peut-être dans le futur Le progrès technique atteindra téléphones portables. Entre-temps, des horloges atomiques compactes sont installées uniquement sur les missiles stratégiques pour augmenter considérablement la précision de la navigation.

Aujourd'hui, des montres atomiques pour hommes et femmes pour tous les goûts et tous les budgets peuvent être achetées dans les magasins en ligne.

En 2011, la plus petite horloge atomique au monde a été créée par des spécialistes des laboratoires Symmetricom et Sandia National. Cette montre est 100 fois plus compacte que les versions précédentes disponibles dans le commerce. La taille d’un chronomètre atomique n’est pas plus grande qu’une boîte d’allumettes. Pour fonctionner, il n'a besoin que de 100 mW de puissance, soit 100 fois moins que ses prédécesseurs.

Il a été possible de réduire la taille de la montre en installant à la place des ressorts et des engrenages un mécanisme fonctionnant sur le principe de la détermination de la fréquence ondes électromagnétiques, émis par des atomes de césium sous l'influence d'un faisceau laser de puissance négligeable.

De telles horloges sont utilisées dans la navigation, ainsi que dans le travail des mineurs, des plongeurs, où il est nécessaire de synchroniser avec précision l'heure avec des collègues en surface, ainsi que dans les services horaires précis, car l'erreur des horloges atomiques est inférieure à 0,000001 fraction. d'une seconde par jour. Le coût de la petite horloge atomique record Symmetricom était d'environ 1 500 dollars.

Horloges atomiques très précises qui commettent une erreur d’une seconde tous les 300 millions d’années. Cette horloge, qui a remplacé un modèle plus ancien qui présentait une erreur d'une seconde tous les cent millions d'années, établit désormais la norme de l'heure civile américaine. Lenta.ru a décidé de rappeler l'histoire de la création des horloges atomiques.

Premier atome

Pour créer une horloge, il suffit d'utiliser n'importe quel processus périodique. Et l'histoire de l'apparition des instruments de mesure du temps est en partie l'histoire de l'émergence soit de nouvelles sources d'énergie, soit de nouvelles systèmes oscillatoires, utilisé dans les montres. Le plus montre simple sont probablement solaires : pour leur fonctionnement, seuls le Soleil et un objet projetant une ombre sont nécessaires. Les inconvénients de cette méthode de détermination du temps sont évidents. L'eau et Sablier ne sont pas non plus meilleurs : ils ne conviennent que pour mesurer des périodes de temps relativement courtes.

Le plus ancien montres mécaniques ont été retrouvés en 1901 près de l'île d'Anticythère sur un navire coulé dans la mer Égée. Ils contiennent environ 30 engrenages en bronze dans une caisse en bois mesurant 33 sur 18 sur 10 centimètres et datent d'environ la centième année avant JC.

Pendant près de deux mille ans, les montres mécaniques ont été les plus précises et les plus fiables. L'apparition en 1657 de l'œuvre classique de Christiaan Huygens « L'horloge à pendule » (« Horologium oscillatorium, sive de motu pendulorum an horologia aptatomonstrationsometrica »), décrivant un dispositif de chronométrage avec un pendule comme système oscillant, fut probablement l'apogée de l'histoire du développement d'instruments mécaniques de ce type.

Cependant, les astronomes et les marins utilisaient encore le ciel étoilé et les cartes pour déterminer leur emplacement et l'heure exacte. La première horloge électrique a été inventée en 1814 par Francis Ronalds. Cependant, le premier appareil de ce type était imprécis en raison de sa sensibilité aux changements de température.

L’histoire ultérieure des montres est liée à l’utilisation de divers systèmes oscillants dans les appareils. Introduit en 1927 par les employés des Bell Labs montre à quartz utilisé propriétés piézoélectriques cristal de quartz : lorsqu'il y est exposé courant électrique le cristal commence à rétrécir. Les chronomètres à quartz modernes peuvent avoir une précision de 0,3 seconde par mois. Cependant, comme le quartz est sensible au vieillissement, les montres deviennent moins précises avec le temps.

Avec développement physique atomique Les scientifiques ont proposé d'utiliser des particules de matière comme systèmes oscillatoires. C’est ainsi qu’apparaissent les premières horloges atomiques. L'idée d'utiliser vibrations atomiques L'hydrogène pour mesurer le temps a été proposé en 1879 par le physicien anglais Lord Kelvin, mais ce n'est qu'au milieu du 20e siècle que cela est devenu possible.

Reproduction d'un tableau d'Hubert von Herkomer (1907)

Dans les années 1930 physicien américain et le découvreur de la résonance magnétique nucléaire, Isidor Rabi, a commencé à travailler sur horloge atomique avec du césium 133, mais le déclenchement de la guerre l'en a empêché. Après la guerre en 1949, le National Standards Committee des États-Unis, avec la participation d'Harold Lyonson, créa le premier horloge moléculaire en utilisant des molécules d'ammoniac. Mais les premiers instruments de mesure du temps n’étaient pas aussi précis que les horloges atomiques modernes.

La précision relativement faible était due au fait qu'en raison de l'interaction des molécules d'ammoniac entre elles et avec les parois du récipient dans lequel se trouvait cette substance, l'énergie des molécules changeait et leur raies spectralesélargi. Cet effet est très similaire au frottement dans une montre mécanique.

Plus tard, en 1955, Louis Essen du National laboratoire physique La Grande-Bretagne a introduit la première horloge atomique utilisant le césium 133. Cette horloge a accumulé une erreur d’une seconde sur un million d’années. L'appareil a été nommé NBS-1 et a commencé à être considéré comme un étalon de fréquence au césium.

Diagramme schématique Une horloge atomique est constituée d'un oscillateur à quartz contrôlé par un discriminateur utilisant un circuit de rétroaction. L'oscillateur utilise les propriétés piézoélectriques du quartz, tandis que le discriminateur utilise les vibrations énergétiques des atomes afin que les vibrations du quartz soient suivies par des signaux provenant des transitions de différents niveaux d'énergie dans les atomes ou les molécules. Entre le générateur et le discriminateur se trouve un compensateur adapté à la fréquence des vibrations atomiques et la comparant à la fréquence de vibration du cristal.

Les atomes utilisés dans l’horloge doivent fournir des vibrations stables. Pour chaque fréquence un rayonnement électromagnétique il y a leurs propres atomes : calcium, strontium, rubidium, césium, hydrogène. Ou encore des molécules d'ammoniac et d'iode.

Norme de temps

Avec l'avènement des instruments de mesure du temps atomique, il est devenu possible de les utiliser comme étalon universel pour déterminer la seconde. Depuis 1884, l’heure de Greenwich, considérée comme la norme mondiale, a cédé la place à la norme des horloges atomiques. En 1967, par décision de la 12ème Conférence générale des poids et mesures, une seconde a été définie comme la durée de 9192631770 périodes de rayonnement correspondant à la transition entre deux niveaux hyperfins de l'état fondamental de l'atome de césium 133. Cette définition de la seconde ne dépend pas de paramètres astronomiques et peut être reproduite partout sur la planète. Le césium 133, utilisé dans l'étalon de l'horloge atomique, est le seul isotope stable césium avec une abondance de 100% sur Terre.

Les horloges atomiques sont également utilisées dans les systèmes de navigation par satellite ; ils sont nécessaires pour déterminer l’heure exacte et les coordonnées satellite. Ainsi, chaque satellite GPS dispose de quatre ensembles de telles horloges : deux au rubidium et deux au césium, qui assurent une précision de transmission du signal de 50 nanosecondes. Les satellites russes du système GLONASS sont également équipés d'instruments de mesure du temps atomique au césium et au rubidium, et les satellites du système de géopositionnement européen Galileo en déploiement sont équipés d'instruments à hydrogène et au rubidium.

La précision des horloges à hydrogène est la plus élevée. C'est 0,45 nanoseconde en 12 heures. Apparemment, l'utilisation par Galileo d'horloges aussi précises fera de ce système de navigation un leader dès 2015, lorsque 18 de ses satellites seront en orbite.

Horloge atomique compacte

Hewlett-Packard est devenue la première entreprise à développer une horloge atomique compacte. En 1964, elle crée l'appareil au césium HP 5060A, de la taille d'une grande valise. L'entreprise a continué à développer cette direction, mais en 2005, elle a vendu sa division développant des horloges atomiques à Symmetricom.

En 2011, des spécialistes du laboratoire Draper et des laboratoires nationaux Sandia ont développé et Symmetricom a lancé la première horloge atomique miniature, Quantum. Au moment de leur sortie, ils coûtaient environ 15 000 dollars, étaient enfermés dans un étui scellé mesurant 40 sur 35 sur 11 millimètres et pesaient 35 grammes. La consommation électrique de l'horloge était inférieure à 120 milliwatts. Ils ont été initialement développés sur ordre du Pentagone et étaient destinés à servir des systèmes de navigation fonctionnant indépendamment des systèmes GPS, par exemple en profondeur sous l'eau ou sous terre.

Déjà fin 2013 entreprise américaine Bathys Hawaii a présenté la première montre-bracelet atomique. Ils utilisent la puce SA.45s fabriquée par Symmetricom comme composant principal. À l’intérieur de la puce se trouve une capsule contenant du césium 133. La conception de la montre comprend également des photocellules et un laser de faible puissance. Ce dernier assure le chauffage du césium gazeux, grâce auquel ses atomes commencent à passer d'un niveau d'énergie à un autre. La mesure du temps s'effectue précisément en enregistrant une telle transition. Le coût d'un nouvel appareil est d'environ 12 000 dollars.

Les tendances à la miniaturisation, à l'autonomie et à la précision entraîneront l'apparition dans un avenir proche de nouveaux appareils utilisant des horloges atomiques dans tous les domaines. vie humaine, commençant par recherche spatiale sur satellites en orbite et des stations pour les applications domestiques dans les systèmes de salle et de poignet.

Une horloge atomique est un appareil permettant de mesurer le temps très précisément. Ils tirent leur nom du principe de leur fonctionnement, puisque les vibrations naturelles des molécules ou des atomes sont utilisées comme période. Les horloges atomiques sont largement utilisées en navigation, industrie spatiale, pour déterminer l'emplacement des satellites, dans sphère militaire,pour la détection des avions, mais également dans les télécommunications.

Comme vous pouvez le constater, les domaines d'application sont nombreux, mais pourquoi ont-ils tous besoin d'une telle précision, car aujourd'hui l'erreur des horloges atomiques conventionnelles n'est que de 1 seconde toutes les 30 millions d'années ? Mais il y a quelque chose d'encore plus précis. Tout est compréhensible, car le temps sert à calculer les distances, et là une petite erreur peut conduire à des centaines de mètres, voire des kilomètres, si l'on prend distances cosmiques. Par exemple, prenons système américain Navigation GPS, lors de l'utilisation conventionnelle montre électronique, l'erreur de mesure des coordonnées sera assez importante, ce qui peut affecter tous les autres calculs, ce qui peut avoir des conséquences si nous parlons de sur les technologies spatiales. Naturellement pour les récepteurs GPS en appareils mobiles et autres gadgets, une plus grande précision n'est pas du tout importante.

L'heure la plus précise de Moscou et du monde peut être trouvée sur le site officiel - le « serveur d'heure actuelle précise » www.timeserver.ru

De quoi sont faites les horloges atomiques ?

Une horloge atomique se compose de plusieurs parties principales : un oscillateur à quartz, un discriminateur quantique et des unités électroniques. Le principal qui établit la référence est un oscillateur à quartz, construit sur des cristaux de quartz et, en règle générale, produit une fréquence standard de 10, 5, 2,5 MHz. Parce que travail stable le quartz sans erreur est assez petit ; il doit être constamment ajusté.

Le discriminateur quantique enregistre la fréquence de la raie atomique et la compare dans le comparateur fréquence-phase avec la fréquence de l'oscillateur à quartz. Le comparateur a retour avec un oscillateur à quartz pour l'ajuster en cas de décalage de fréquence.
Les horloges atomiques ne peuvent pas être construites sur tous les atomes. Le plus optimal est l'atome de césium. Il fait référence au primaire par lequel tous les autres sont comparés matériaux adaptés, par exemple, comme : strontium, rubidium, calcium. L'étalon primaire convient parfaitement à la mesure précise du temps, c'est pourquoi on l'appelle primaire.

L'horloge atomique la plus précise au monde

À ce jour horloge atomique la plus précise sont situés au Royaume-Uni (officiellement adoptés). Leur erreur n’est que d’une seconde sur 138 millions d’années. Ils constituent la norme pour les normes horaires nationales de nombreux pays, y compris les États-Unis, et déterminent également l'heure internationale. temps atomique. Mais dans le royaume il n'y en a pas le plus montre précise par terre.

photo d'horloge atomique la plus précise

Les États-Unis ont annoncé avoir développé un type expérimental d'horloge précise basée sur des atomes de césium ; son erreur était de 1 seconde en près de 1,5 milliard d'années. La science dans ce domaine ne reste pas immobile et se développe à un rythme rapide.