Evinizdeki saatin gösterdiğini hiç fark ettiniz mi? farklı zaman? Peki tüm seçeneklerden hangisinin doğru olduğunu nasıl anlarsınız? Tüm bu soruların cevaplarını atom saatlerinin çalışma prensibini iyice inceleyerek öğreneceğiz.

Atom saati: tanımı ve çalışma prensibi

Öncelikle atom saati mekanizmasının ne olduğunu anlayalım. Atom saati, zamanın ölçüldüğü bir cihazdır, ancak sürecin periyodikliği olarak kendi salınımlarını kullanır ve ayrıca her şey atomik ve Moleküler seviye. Dolayısıyla bu kadar kesinlik.

Atom saatlerinin en doğru saat olduğunu rahatlıkla söyleyebiliriz! Onlar sayesinde dünyadaki İnternet ve GPS navigasyonu çalışıyor, gezegenlerin tam yerini biliyoruz; Güneş Sistemi. Bu cihazın hatası o kadar az ki, dünya standartlarında olduklarını rahatlıkla söyleyebiliriz! Atom saati sayesinde tüm dünya senkronizasyonu gerçekleşir; bazı değişikliklerin nerede olduğu bilinir.

Bu mucize saati kim icat etti, kim yarattı ve kim icat etti?

Yirminci yüzyılın kırklı yıllarının başlarında atom ışını biliniyordu. manyetik rezonans. Başlangıçta uygulamanın saatlerle hiçbir ilgisi yoktu; yalnızca bir teoriydi. Ancak 1945'te Isidor Rabi, konsepti yukarıda açıklanan tekniğe göre çalışacak olan bir cihaz yaratmayı önerdi. Ancak doğru sonuçlar vermeyecek şekilde tasarlanmışlardı. Ve zaten 1949'da, Ulusal Standartlar Bürosu, amonyağın moleküler bileşiklerine dayanan ilk atom saatinin yaratılışını tüm dünyaya bildirdi ve 1952'de sezyum atomlarına dayalı bir prototip oluşturma teknolojilerinde ustalaştı.

Amonyak ve sezyum atomlarını duyduktan sonra şu soru ortaya çıkıyor: Bu harika saat radyoaktif mi? Cevap açık: hayır! İçlerinde atomik bozunma yoktur.

Günümüzde atom saatlerinin yapıldığı birçok malzeme bulunmaktadır. Örneğin bu silikon, kuvars, alüminyum ve hatta gümüştür.

Cihaz nasıl çalışır?

Atom enerjisi saatinin neye benzediğini ve nasıl çalıştığını anlayalım. Bunu yapmak için çalışmalarının bir tanımını sunuyoruz:

Bu özel saatin doğru çalışması için ne bir sarkaca ne de kuvars osilatörüne ihtiyaç vardır. Tek bir elektronun bir atomun iki enerji seviyesi arasındaki kuantum geçişinden kaynaklanan sinyalleri kullanırlar. Sonuç olarak elektromanyetik dalgayı gözlemleyebiliyoruz. Başka bir deyişle, sık sık dalgalanmalar ve ultra yüksek düzeyde sistem kararlılığı elde ediyoruz. Her yıl yeni keşifler nedeniyle süreçler modernize edilmektedir. Kısa bir süre önce Ulusal Standartlar ve Teknoloji Enstitüsü'nden (NIST) uzmanlar rekor sahibi oldular ve mutlak bir dünya rekoru kırdılar. Atom saatinin doğruluğunu (stronsiyuma dayalı) en az sapmaya, yani 15 milyar yılda bir saniyenin geçmesine getirmeyi başardılar. Evet, evet, öyle düşünmediniz, bu tam olarak şu anda Evrenimize atanan yaş. Bu devasa bir keşif! Sonuçta, oynayan stronsiyumdu hayati rol bu kayıtta. "Tık"ın bir benzeri de içindeki hareket eden stronsiyum atomlarıydı. uzaysal kafes Bilim insanları tarafından lazer kullanılarak yaratıldı. Bilimde her zaman olduğu gibi, teoride her şey büyüleyici ve zaten gelişmiş görünüyor, ancak böyle bir sistemin istikrarsızlığı pratikte daha az keyif verici olabilir. Sezyum cihazının dünya çapında popülerlik kazanması tam da istikrarsızlığı nedeniyledir.

Şimdi böyle bir cihazın nelerden oluştuğuna bakalım. Buradaki ana ayrıntılar şunlardır:

• kuantum ayırıcı;
• kuvars jeneratörü;
• elektronik.

Bir kuvars jeneratörü kendi kendine osilatöre benzer, ancak rezonans elemanı Bir kuvars kristalinin piezoelektrik modlarını kullanır.

Bir kuantum ayırıcıya ve bir kuvars osilatöre sahip olarak, frekanslarının etkisi altında karşılaştırılırlar ve bir fark tespit edildiğinde, geri besleme devresi, kuvars osilatörün gerekli değere ayarlanmasını ve kararlılığı ve doğruluğu artırmasını gerektirir. Sonuç olarak kadranda gördüğümüz çıktıda Kesin değer, yani tam zamanı.

İlk modeller oldukça büyük boyutlar Ancak Ekim 2013'te Bathys Hawaii şirketi minyatür bir atomik kol saati piyasaya sürerek büyük bir sıçrama yaptı. İlk başta herkes bu açıklamayı şaka olarak algıladı, ancak kısa süre sonra bunun gerçekten doğru olduğu anlaşıldı ve bir temele göre çalıştıkları ortaya çıktı. Sezyum 133 atom kaynağının bulunması ile cihazın güvenliği sağlanmaktadır. radyoaktif elementözel bir kapsül içerisinde gaz halinde bulunur. Bu cihazın fotoğrafları tüm dünyaya yayıldı.

Atom saatleri konusuyla ilgilenen pek çok kişi güç kaynağı konusuyla ilgilenmektedir. Pil olarak lityum iyon pil kullanılır. Ancak ne yazık ki böyle bir pilin ne kadar dayanacağı henüz bilinmiyor.

BathysHawaii'nin saatleri gerçekten de ilk atomik saatlerdi. kol saati. Daha önce, nispeten taşınabilir bir cihazın piyasaya sürülmesiyle ilgili bilinen durumlar vardı, ancak ne yazık ki atomik bir güç kaynağına sahip değildi, yalnızca kablosuz radyo aracılığıyla gerçek boyutlu bir saatle senkronize ediliyordu. Böyle bir gadget'ın maliyetinden de bahsetmeye değer. Zevkin değeri 12 bin ABD doları olarak belirlendi. Böyle bir fiyatla saatin geniş bir popülerlik kazanamayacağı açıktı, ancak şirket bunu çok sınırlı bir partide piyasaya sürdüğü için bunun için çabalamadı.

Birkaç tür atom saatini biliyoruz. Tasarımlarında ve ilkelerinde önemli bir fark yoktur, ancak yine de bazı farklılıklar vardır. Yani asıl olanlar, değişiklikleri ve bunların unsurlarını bulma araçlarıdır. seçebilirsiniz aşağıdaki türler saat:

1. Hidrojen. Özleri, hidrojen atomlarının gerekli enerji seviyesinde desteklenmesinde yatmaktadır, ancak duvarlar özel bir malzemeden yapılmıştır. Buna dayanarak, enerji durumlarını çok hızlı bir şekilde kaybedenlerin hidrojen atomları olduğu sonucuna vardık.
2. Sezyum. Sezyum kirişlerine dayanıyorlar. Bu saatlerin en doğru olduğunu belirtmekte fayda var.
3. Rubidyum. Bunlar en basit ve çok kompakttır.

Daha önce de belirtildiği gibi atom saatleri çok pahalı bir alettir. Böylece Hoptroff 10 numaralı cep saati, yeni nesil oyuncakların parlak bir temsilcisidir. Bu kadar şık ve çok hassas bir aksesuarın fiyatı ise 78 bin dolar. Sadece 12 kopya üretildi. Bu cihazın mekanizması, aynı zamanda bir GPS sinyali ile donatılmış, yüksek frekanslı bir salınım sistemi kullanır.

Şirket bununla da yetinmedi ve saatin onuncu versiyonunda, popüler bir 3D yazıcıda basılacak mekanizmayı altın kasaya yerleştirme yöntemini kullanmak istiyor. Kasanın bu versiyonu için tam olarak ne kadar altın kullanılacağı henüz hesaplanmadı, ancak bu şaheserin tahmini perakende fiyatı zaten biliniyordu - yaklaşık 50 bin sterlin idi. Ve bu, tüm araştırma hacimlerinin yanı sıra gadget'ın yeniliğini ve benzersizliğini de hesaba katmasına rağmen nihai fiyat değil.

Saatlerin kullanımına ilişkin tarihsel gerçekler

En çok bahsetmeden atom saatlerinden nasıl bahsedebiliriz? ilginç gerçekler, bunlarla ve genel olarak zamanla ilişkili olanlar:

1. bunu biliyor muydun? Antik Mısırşimdiye kadar bulunan en eski güneş saati?
2. Atom saatlerinin hatası minimum düzeydedir; 6 milyon yılda yalnızca 1 saniyedir.
3. Herkes bir dakikanın 60 saniye olduğunu bilir. Ancak çok az kişi bir saniyede kaç milisaniye olduğunu araştırdı? Ve ne çok var, ne de azı - bin!
4. Londra'yı ziyaret etme şansına sahip olan her turist, Big Ben'i her zaman kendi gözleriyle görmek isterdi. Ancak ne yazık ki Big Ben'in bir kule olmadığını, kulenin içinde çalan 13 ton ağırlığındaki devasa bir çanın adı olduğunu pek çok kişi bilmiyor.
5. Saatlerimizin akrep ve yelkovanının neden soldan sağa veya eskiden söylediğimiz gibi "saat yönünde" gittiğini hiç merak ettiniz mi? Bu gerçek, gölgenin güneş saatindeki hareketiyle doğrudan ilgilidir.
6. İlk kol saatleri 1812'de icat edildi. Breguet'nin kurucusu tarafından Napoliten Kraliçesi için yapıldı.
7. Birinci Dünya Savaşı'ndan önce kol saatleri yalnızca kadın aksesuarı olarak görülüyordu, ancak kısa süre sonra kolaylıkları nedeniyle nüfusun erkek kesimi tarafından da tercih edildi.

Çalışma prensibi atom fiziğine dayanan, zamanı ölçen cihazlardır. Tasarımında kullanılan kimyasal elementlerin özelliklerinden dolayı bu saatlerin hatası minimum düzeydedir. Örneğin toryum-229'a dayalı cihazlar yaklaşık 14 milyar yıl içinde saniyenin onda biri kadar geride kalacak.

Atom saati nasıl çalışır?

Kuvars saatlerde ikinciyi belirlemek için referans frekansı kuvars kristalinin titreşim sayısı ise, atom saatlerinde belirli kimyasal elementlerin atomlarındaki elektron geçişlerinin frekansı olarak alınır. enerji seviyesi bir diğer.

1 - Elektronik bileşen (çip)

2 - Nükleer kaynak

3 - Fotodetektör

4 - Üst ısıtıcı

5 - Rezonans hücresi

6 - Dalga plakası

7 - Alt ısıtıcı

8 - Dikey yayan lazer

Mesele şu ki: atomların elektronları vardır. Enerjileri var. Enerjiyi emerken veya serbest bırakırken, elektronlar bir enerji seviyesinden diğerine atlar, frekansı her zaman aynı olan elektromanyetik dalgaları emer veya yayar. Bu olay şu şekilde kontrol edilebilir: Bir atom maruz kaldığında mikrodalga radyasyonu belirli sayıda titreşimle yanıt verir.

Bu özellik zaman ölçümlerinin doğruluğunu arttırmak için kullanılır. Böylece bir saniyenin 9192631770 radyasyon döngüsünün süresi olduğu anlaşılmaktadır. Bu frekans sezyum-133 atomunun iki enerji seviyesi arasındaki geçişe karşılık gelir. Bir kuvars osilatörün salınım frekansı, elementin atomlarının geçiş frekansı ile karşılaştırılarak en ufak sapmalar kaydedilir. Sapmalar varsa kuvars titreşimleri ayarlanır.

Sezyum atom saatlerinde kullanılan tek malzeme değildir. Daha da fazla hassasiyet sağlayabilen kimyasal elementlere dayanan cihazlar ortaya çıkıyor: iterbiyum, toryum-229, stronsiyum.

Atom saatleri neden doğrudur?

Salınım frekansı kimyasal element aynıdır ve bu da hata olasılığını en aza indirir. Ayrıca kuvars kristalinden farklı olarak atomlar aşınmaz veya özelliklerini kaybetmez. Kimyasal özellikler zamanla.

Atom saatlerinin diğer isimleri: kuantum, moleküler.

Öncelikle insanoğlu saatleri program-zaman kontrolü aracı olarak kullanıyor.

İkincisi, günümüzde zaman ölçümü en yaygın olanıdır. kesin görünüm Yapılan tüm ölçümler arasında: Zaman ölçümünün doğruluğu artık %1.10-11 veya 300 bin yılda 1 saniyelik inanılmaz bir hatayla belirleniyor.

Ve böyle bir doğruluğa ulaştık modern insanlar kullanmaya başladıklarında atomlar salınımlarının bir sonucu olarak atom saatinin düzenleyicisidir. İhtiyacımız olan iki atomda sezyum atomları bulunur. enerji durumları(+) ve (-). Atomlar (+) durumdan (-) duruma geçtiğinde 9.192.631.770 hertz frekanslı elektromanyetik radyasyon üretilir ve atom saati kodunun düzenleyicisi olan hassas, sabit bir periyodik süreç oluşturulur.

Atom saatlerinin doğru çalışabilmesi için sezyumun bir fırında buharlaştırılması gerekir; bu işlem, atomlarını serbest bırakır. Fırının arkasında (+) durumdaki atom kapasitesine sahip bir ayırma mıknatısı vardır ve içinde mikrodalga alanındaki ışınlama nedeniyle atomlar (-) durumuna geçer. İkinci mıknatıs ise (+) durum değiştiren atomları (-) alıcı cihaza yönlendirir. Durumlarını değiştiren birçok atom, yalnızca mikrodalga yayıcının frekansının 9.192.631.770 hertz'lik sezyum titreşim frekansıyla tam olarak çakışması durumunda elde edilir. Aksi halde alıcı cihazdaki atom sayısı (-) azalır.

Cihazlar 9.192.631.770 hertzlik sabit frekansı sürekli olarak izler ve düzenler. Bu, saat tasarımcılarının hayalinin gerçekleştiği, kesinlikle sabit bir periyodik sürecin bulunduğu anlamına geliyor: atom saatlerinin seyrini düzenleyen 9.192.631.770 hertz frekansı.

Bugün uluslararası anlaşma sonucunda saniye, iki aşırı ince arasındaki geçişe karşılık gelen radyasyon periyodunun 9.192.631.770 ile çarpılması olarak tanımlanmaktadır. yapısal seviyeler sezyum atomunun temel durumu (sezyum-133 izotop).

Zamanı kesin olarak ölçmek için kalsiyum, rubidyum, sezyum, stronsiyum, hidrojen molekülleri, iyot, metan vb. atomlar gibi diğer atom ve moleküllerin titreşimlerini de kullanabilirsiniz. Bununla birlikte, sezyum atomunun radyasyonu frekans olarak tanınır. standart. Titreşimleri karşılaştırmak için farklı atomlar Standart (sezyum) ile 400 ila 1000 nm aralığında geniş bir frekans aralığı üreten bir titanyum-safir lazer oluşturuldu.

Kuvars ve atom saatlerinin ilk yaratıcısı İngiliz deneysel fizikçiydi Essen Lewis (1908-1997). 1955'te sezyum atomlarından oluşan bir ışın kullanarak ilk atom frekansı (zaman) standardını yarattı. Bu çalışmanın sonucunda 3 yıl sonra (1958) atom frekansı standardına dayalı bir zaman servisi ortaya çıktı.

SSCB'de Akademisyen Nikolai Gennadievich Basov atom saati yaratma fikirlerini ortaya koydu.

Bu yüzden, Atomik saat, biri kesin türler Saat, atomların veya moleküllerin doğal titreşimlerinin sarkaç olarak kullanıldığı, zamanı ölçen bir cihazdır. Atomik saat kararlılığı hepsinden en iyisidir mevcut türler En yüksek doğruluğun anahtarı olan saatler. Atom saati üreteci, geleneksel saatlerin aksine saniyede 32.768'den fazla darbe üretir. Atomik titreşimler hava sıcaklığına, titreşimlere, neme ve diğer birçok dış faktöre bağlı değildir.

İÇİNDE modern dünya Navigasyonun imkansız olduğu durumlarda atom saatleri vazgeçilmez yardımcılar haline geldi. Yerini belirleyebilirler uzay gemisi, uydu, balistik füze, uçak, denizaltı, araba uydu iletişimi yoluyla otomatik olarak.

Bu nedenle son 50 yıldır atom saatleri, daha doğrusu sezyum saatleri en doğru saat olarak kabul ediliyor. Zaman servisleri tarafından uzun süredir kullanılmaktadırlar ve zaman sinyalleri bazı radyo istasyonları tarafından da yayınlanmaktadır.

Atom saati cihazı 3 parçadan oluşur:

kuantum ayırıcı,

kuvars osilatör,

elektronik kompleksi.

Kuvars osilatörü bir frekans (5 veya 10 MHz) üretir. Osilatör, rezonans elemanı olarak kuvars kristalinin piezoelektrik modlarını kullanan, durumu (+) (-)'ye değişen atomların karşılaştırıldığı bir RC radyo jeneratörüdür. Kararlılığı arttırmak için frekansı sürekli olarak salınımlarla karşılaştırılır. bir kuantum ayırıcı (atomlar veya moleküller). Salınımlarda bir fark ortaya çıktığında elektronik, kuvars osilatörün frekansını buna göre ayarlar. sıfır seviye böylece saatin stabilitesi ve doğruluğu istenilen seviyeye yükseltilir.

Modern dünyada atom saatleri dünyanın her ülkesinde kullanılmak üzere üretilebilmektedir. Gündelik Yaşam. Boyutları çok küçük ve güzeller. En son yeni atom saatinin boyutu en fazla kibrit kutusu ve düşük güç tüketimi - 1 Watt'tan az. Ve bu sınır değil, belki gelecekte teknik ilerleme ulaşacak cep telefonları. Bu arada, navigasyon doğruluğunu birçok kez artırmak için kompakt atom saatleri yalnızca stratejik füzelere kurulmaktadır.

Günümüzde her zevke ve bütçeye uygun erkek ve kadın atom saatleri online mağazalardan satın alınabiliyor.

2011 yılında dünyanın en küçük atom saati Symmetricom ve Sandia Ulusal Laboratuvarları uzmanları tarafından oluşturuldu. Bu saat, piyasada bulunan önceki versiyonlara göre 100 kat daha kompakttır. Atomik kronometrenin boyutu bir kibrit kutusundan daha büyük değildir. Çalıştırmak için yalnızca 100 mW güce ihtiyacı var; bu önceki modellere kıyasla 100 kat daha az.

Yaylar ve dişliler yerine frekansı belirleme prensibine göre çalışan bir mekanizma takılarak saatin boyutunu küçültmek mümkün oldu. elektromanyetik dalgalar ihmal edilebilir güce sahip bir lazer ışınının etkisi altında sezyum atomları tarafından yayılır.

Bu tür saatler navigasyonda ve ayrıca madencilerin, dalgıçların çalışmalarında, yüzeydeki meslektaşlarla zamanı doğru bir şekilde senkronize etmenin yanı sıra hassas zaman hizmetlerinde de kullanılır, çünkü atom saatlerinin hatası 0,000001 kesirden azdır. günde bir saniye. Rekor küçük atom saati Symmetricom'un maliyeti yaklaşık 1.500 dolardı.

Her 300 milyon yılda bir saniyelik hata yapan son derece hassas atom saatleri. Her yüz milyon yılda bir saniye hata yapan eski modelin yerini alan bu saat, artık Amerikan sivil saatinin standardını belirliyor. Lenta.ru atom saatlerinin yaratılış tarihini hatırlamaya karar verdi.

İlk atom

Saat oluşturmak için herhangi bir periyodik işlemi kullanmak yeterlidir. Ve zaman ölçüm araçlarının ortaya çıkış tarihi, kısmen yeni enerji kaynaklarının ya da yeni enerji kaynaklarının ortaya çıkış tarihidir. salınım sistemleri, saatlerde kullanılır. En çok basit izle muhtemelen güneş enerjisidir: çalışmaları için yalnızca Güneş'e ve gölge oluşturan bir nesneye ihtiyaç vardır. Bu zamanı belirleme yönteminin dezavantajları açıktır. Su ve kum saati ayrıca daha iyi değiller: yalnızca nispeten kısa zaman dilimlerini ölçmek için uygundurlar.

En eski mekanik saatler 1901 yılında Antikythera adası yakınlarında Ege Denizi'nde batık bir gemide bulundu. 33'e 18'e 10 santimetre boyutlarında ve yaklaşık MÖ 100. yıldan kalma bir tahta kutu içinde yaklaşık 30 bronz dişli içerirler.

Neredeyse iki bin yıl boyunca mekanik saatler en doğru ve güvenilir olanıydı. Christian Huygens'in klasik eseri "Sarkaçlı Saat"in ("Horologium oscillatorium, sive de motu pendulorum an horologia aptato gösterileri geometrika") 1657'de ortaya çıkışı, salınımlı bir sistem olarak sarkaçlı bir zaman tutma cihazını tasvir etmesi muhtemelen bu alandaki doruk noktasıydı. bu tür mekanik aletlerin gelişim tarihi.

Ancak gökbilimciler ve denizciler, konumlarını ve kesin zamanlarını belirlemek için hâlâ yıldızlı gökyüzünü ve haritaları kullanıyorlardı. İlk elektrikli saat 1814 yılında Francis Ronalds tarafından icat edilmiştir. Ancak bu tür ilk cihaz, sıcaklık değişimlerine karşı hassasiyet nedeniyle hatalıydı.

Saatlerin daha ileri tarihi, cihazlarda çeşitli salınım sistemlerinin kullanılmasıyla bağlantılıdır. 1927'de Bell Laboratuvarları çalışanları tarafından tanıtıldı Kuvars saati kullanılmış piezoelektrik özellikler kuvars kristali: ona maruz kaldığında elektrik akımı kristal küçülmeye başlar. Modern kuvars kronometreler ayda 0,3 saniyeye kadar doğruluk sağlayabilir. Ancak kuvars yaşlanmaya karşı hassas olduğundan saatler zamanla daha az hassas hale gelir.

Gelişim ile atom fiziği Bilim adamları, madde parçacıklarını salınım sistemleri olarak kullanmayı önerdiler. İlk atom saatleri böyle ortaya çıktı. Kullanma fikri atom titreşimleri Zamanı ölçmek için hidrojen, 1879'da İngiliz fizikçi Lord Kelvin tarafından önerildi, ancak bu ancak 20. yüzyılın ortalarında mümkün oldu.

Hubert von Herkomer'in bir tablosunun reprodüksiyonu (1907)

1930'larda Amerikalı fizikçi ve nükleer manyetik rezonansın kaşifi Isidor Rabi, üzerinde çalışmaya başladı. Atomik saat sezyum-133 ile ancak savaşın patlak vermesi onu engelledi. 1949'daki savaştan sonra, Harold Lyonson'un katılımıyla ABD Ulusal Standartlar Komitesi ilkini oluşturdu. moleküler saat amonyak moleküllerini kullanır. Ancak bu tür ilk zaman ölçüm cihazları modern atom saatleri kadar doğru değildi.

Nispeten düşük doğruluk, amonyak moleküllerinin birbirleriyle ve bu maddenin bulunduğu kabın duvarları ile etkileşimi nedeniyle moleküllerin enerjisinin değişmesi ve bunların spektral çizgiler genişledi. Bu etki mekanik bir saatteki sürtünmeye çok benzer.

Daha sonra 1955'te National'dan Louis Essen fiziksel laboratuvar Büyük Britanya, sezyum-133'ü kullanan ilk atom saatini tanıttı. Bu saat bir milyon yılda bir saniyelik hata biriktirdi. Cihaz NBS-1 olarak adlandırıldı ve sezyum frekans standardı olarak kabul edilmeye başlandı.

Şematik diyagram Bir atom saati, bir geri besleme devresi kullanan bir ayırıcı tarafından kontrol edilen bir kuvars osilatörden oluşur. Osilatör, kuvarsın piezoelektrik özelliklerinden faydalanırken, ayırıcı, atomların enerjik titreşimlerini kullanır, böylece kuvarsın titreşimleri, atom veya moleküllerdeki farklı enerji seviyelerinden geçişlerden gelen sinyallerle takip edilir. Jeneratör ve ayırıcı arasında atomik titreşimlerin frekansına ayarlanmış ve bunu kristalin titreşim frekansıyla karşılaştıran bir dengeleyici vardır.

Saatte kullanılan atomların kararlı titreşimler sağlaması gerekir. Her frekans için Elektromanyetik radyasyon kendi atomları vardır: kalsiyum, stronsiyum, rubidyum, sezyum, hidrojen. Hatta amonyak ve iyot molekülleri bile.

Zaman standardı

Atom zamanını ölçen aletlerin ortaya çıkışıyla, bunları saniyeyi belirlemek için evrensel bir standart olarak kullanmak mümkün hale geldi. 1884'ten itibaren dünya standardı olarak kabul edilen Greenwich Saati yerini atom saatleri standardına bıraktı. 1967 yılında 12. Ağırlıklar ve Ölçüler Genel Konferansı'nın kararıyla bir saniye, sezyum-133 atomunun temel durumunun iki aşırı ince seviyesi arasındaki geçişe karşılık gelen 9192631770 radyasyon periyodu süresi olarak tanımlandı. İkincinin bu tanımı astronomik parametrelere bağlı değildir ve gezegenin herhangi bir yerinde çoğaltılabilir. Atom saati standardında kullanılan Sezyum-133, tek kararlı izotop Dünya'da %100 bolluğa sahip sezyum.

Atomik saatler uydu navigasyon sistemlerinde de kullanılmaktadır; kesin zamanı ve uydu koordinatlarını belirlemek için gereklidirler. Bu nedenle, her GPS uydusunda bu tür dört saat seti bulunur: 50 nanosaniyelik sinyal iletim doğruluğu sağlayan iki rubidyum ve iki sezyum. GLONASS sisteminin Rus uyduları aynı zamanda sezyum ve rubidyum atomik zaman ölçüm cihazlarıyla donatılmıştır ve konuşlandırılan Avrupa Galileo coğrafi konumlandırma sisteminin uyduları hidrojen ve rubidyum olanlarla donatılmıştır.

Hidrojen saatlerinin doğruluğu en yüksektir. 12 saatte 0,45 nanosaniyedir. Görünen o ki, Galileo'nun bu kadar doğru saatleri kullanması, bu navigasyon sistemini, yörüngede 18 uydunun olacağı 2015 yılında zaten lider yapacak.

Kompakt atom saati

Hewlett-Packard, kompakt atom saatini geliştiren ilk şirket oldu. 1964 yılında büyük bir çanta büyüklüğündeki HP 5060A sezyum aygıtını yarattı. Şirket bu yönde gelişmeye devam etti ancak 2005 yılında atom saatleri geliştiren bölümünü Symmetricom'a sattı.

2011 yılında Draper Laboratuvarı ve Sandia Ulusal Laboratuvarlarından uzmanlar geliştirdi ve Symmetricom ilk minyatür atom saati Quantum'u piyasaya sürdü. Piyasaya sürüldüklerinde yaklaşık 15 bin dolara mal oluyorlardı, 40 x 35 x 11 milimetre ölçülerinde ve 35 gram ağırlığında kapalı bir kutuya konulmuşlardı. Saatin güç tüketimi 120 miliwatt'ın altındaydı. Başlangıçta Pentagon'un emriyle geliştirildiler ve GPS sistemlerinden bağımsız olarak çalışan, örneğin derin su altı veya yer altı navigasyon sistemlerine hizmet etmeleri amaçlandı.

Zaten 2013'ün sonunda Amerikan şirketi Bathys Hawaii ilk atomik kol saatini tanıttı. Ana bileşen olarak Symmetricom'un ürettiği SA.45s çipini kullanıyorlar. Çipin içinde sezyum-133 içeren bir kapsül var. Saatin tasarımında fotoseller ve düşük güçlü bir lazer de yer alıyor. İkincisi, sezyum gazının ısıtılmasını sağlar ve bunun sonucunda atomları bir enerji seviyesinden diğerine hareket etmeye başlar. Böyle bir geçişin kaydedilmesiyle zamanın ölçümü hassas bir şekilde gerçekleştirilir. Yeni bir cihazın maliyeti yaklaşık 12 bin dolar.

Minyatürleştirme, özerklik ve hassasiyete yönelik eğilimler, yakın gelecekte atom saatlerini kullanan yeni cihazların her alanda ortaya çıkmasına yol açacaktır. insan hayatı, ile başlayan uzay araştırması Açık yörüngedeki uydular ve oda ve bilek sistemlerinde ev uygulamalarına yönelik istasyonlar.

Atom saati, zamanı çok hassas ölçen bir cihazdır. Periyod olarak moleküllerin veya atomların doğal titreşimleri kullanıldığı için isimlerini çalışma prensibinden almıştır. Atomik saatler navigasyonda yaygın olarak kullanılmaktadır. uzay endüstrisi uyduların yerini belirlemek için askeri küre Uçakların tespiti için ve ayrıca telekomünikasyonda.

Gördüğünüz gibi pek çok uygulama alanı var ama neden hepsi bu kadar doğruluğa ihtiyaç duyuyor? Çünkü bugün geleneksel atom saatlerinin hatası 30 milyon yılda sadece 1 saniyedir? Ama daha da kesin olan bir şey var. Her şey anlaşılabilir çünkü mesafeleri hesaplamak için zaman kullanılır ve küçük bir hata yüzlerce metreye, hatta kilometrelere yol açabilir. kozmik mesafeler. Örneğin, alalım Amerikan sistemi GPS navigasyon, geleneksel kullanıldığında elektronik saat koordinat ölçüm hatası oldukça önemli olacaktır ve bu, diğer tüm hesaplamaları etkileyebilir ve aşağıdaki durumlarda sonuçlara yol açabilir: Hakkında konuşuyoruz uzay teknolojileri hakkında Doğal olarak GPS alıcıları için mobil cihazlar ve diğer gadget'lar için daha fazla doğruluk hiç de önemli değil.

Moskova ve dünyadaki en doğru zamanı resmi web sitesinde bulabilirsiniz - “kesin güncel zaman sunucusu” www.timeserver.ru

Atom saatleri nelerden yapılmıştır?

Bir atom saati birkaç ana parçadan oluşur: kuvars osilatörü, kuantum ayırıcı ve elektronik birimler. Referansı belirleyen ana şey, kuvars kristalleri üzerine inşa edilmiş ve kural olarak 10, 5, 2,5 MHz standart frekans üreten bir kuvars osilatörüdür. Çünkü istikrarlı çalışma hatasız kuvars oldukça küçüktür; sürekli ayarlanması gerekir.

Kuantum ayırıcı, atom hattının frekansını kaydeder ve frekans-faz karşılaştırıcısında kuvars osilatörün frekansıyla karşılaştırılır. Karşılaştırıcı geri bildirim Frekans uyumsuzluğu durumunda ayarlamak için bir kuvars osilatör ile.
Atom saatleri tüm atomlar üzerine kurulamaz. En uygun olanı sezyum atomudur. Diğerlerinin karşılaştırıldığı birincil olanı ifade eder uygun malzemelerörneğin: stronsiyum, rubidyum, kalsiyum. Birincil standart, kesin zamanı ölçmek için kesinlikle uygundur, bu yüzden ona birincil denir.

Dünyanın en doğru atom saati

Bugüne kadar en doğru atom saati Birleşik Krallık'ta bulunmaktadır (resmi olarak kabul edilmiştir). Onların hatası 138 milyon yılda sadece 1 saniyedir. Bunlar, Amerika Birleşik Devletleri de dahil olmak üzere birçok ülkenin ulusal zaman standartları için standarttır ve aynı zamanda uluslararası saati de belirler. atom zamanı. Ama krallıkta en fazla yok doğru saat yerde.

en doğru atom saati fotoğrafı

Amerika Birleşik Devletleri, sezyum atomlarına dayalı deneysel tipte hassas bir saat geliştirdiğini duyurdu; hatası neredeyse 1,5 milyar yılda 1 saniyeydi. Bu alandaki bilim durmuyor ve hızla gelişiyor.