Атомний годинник - точний час і вся інформація про прим; орендований годинник
Пояснення
Атомний годинник - це так званий первинний годинник. Це означає, що він має найбільш точну індикацію часу з усіх годинників. Звичайні наручні годинники мають прогресивне відхилення від фактичного часу близько однієї секунди на день. Такі відхилення неприпустимі в науці. Однак сучасні версії мають відхилення лише на одну секунду за мільйон років. На початку 2012 року американські дослідники навіть створили атомний первинний годинник з відхиленням в одну секунду протягом 140 мільярдів років.
Отже, атомні годинники є орієнтирами для всіх годинників у світі, будь то радіо годинники, телевізійний дисплей часу або промислові блоки управління. Однак більшу частину часу ці годинники оновлюються лише по годинах, а це означає, що все ще можуть бути незначні відхилення.
Як працює атомний годинник
Простіше кажучи, атомний годинник побудований так само, як і будь-який інший годинник у світі. Працює на базі годинника та лічильника. Але замість маятника або колеса рівноваги генераторами годин є атоми Казію.
Атоми казію спочатку випаровуються в камері, подібній до печі, і об'єднуються в пучок атомів. Завдяки цьому процесу атоми казію досягають одного з двох можливих станів, які вони вже не можуть змінити навіть без зовнішнього впливу.
Потім атомний промінь потрапляє в магнітне поле, яке розділяє атоми відповідно до їх стану, так що атомний промінь містить лише бажаний стан (показано на графіку блакитними колами).
Наступним необхідним кроком є переведення "очищених" атомів у пучку стану, щоб можна було оплатити ці зміни стану. Для цього необхідна дія мікрохвильового випромінювання. Це мікрохвильове випромінювання має вільно вибирається частоту, яку можна подавати в так званий резонатор.
Метою резонатора є створення мікрохвильової частоти, яка максимально точно відповідає власній частоті пучка атомів Казію. Це пояснюється тим, що більшість змін у стані породжуються в атомах казію.
Для того, щоб визначити цю частоту НВЧ-випромінювання якомога послідовнішою, слід звернути увагу на встановлену частоту, на якій більшість атомів казію змінили свій стан. Це робиться за допомогою лічильника, який розміщений в кінці атомного променя. Таким чином, що в цей лічильник надходять лише атоми з новим зміненим станом (показано на графіку помаранчевим кольором), атоми зі старим небажаним станом (показано синім кольором) відхиляються від лічильника другим магнітним полем.
Ця структура призвела б до висновку, що більшість атомів змінюють свій стан саме на 9 192 631 770 Гц. Одиниця Гц означає, що пройшла одна секунда після 9 192 631 770 коливань.
Історія походження атомного часу
Історія атомних годин починається в 1945 році, коли американський фізик Ісидор Рабі запропонував побудувати годинник після своїх досліджень методу магнітного резонансу.
Такий годинник був розроблений і представлений Гарольдом Лайонсом у Національному бюро стандартів ще в 1949 році. На відміну від сучасних атомних годинників, годинник того часу використовував молекули аміаку замість атомів казію як джерело вібратора.
Однак швидко було визнано, що бажана точність не була досягнута за допомогою молекул аміаку. З цієї причини атоми казію були вперше використані в 1952 році, коли атомний годинник отримав подальший розвиток. Цей годинник отримав назву NBS-1.
Кілька років потому (1955) фізики Луїс Ессен та Дж. В. Паррі розробили у Великобританії новий атомний годинник Казіум, який до того часу забезпечував найбільш точну інформацію про час із усіх. Ця безпрецедентна точність була також причиною того, чому ці первинні годинники визначали тривалість секунди на міжнародному рівні.
Визначення: "Другий в 9 192 631 770 разів перевищує період випромінювання, що відповідає переходу між двома надтонкими рівнями основного стану атомів нукліда 133Cs". Ця визначена секунда називається атомною секундою, а час, який визначається атомною секундою, називається атомним часом.
У 1969 році атомний годинник CS1 був введений в експлуатацію в Physikalisch-Technische Bundesanstalt (скорочено: PTB) в Брауншвейзі. Лише через дев'ять років закон часу від 26 липня 1978 року передав юридичний час визначенню PTB і, отже, CS1.
У 1985 р. В Брауншвейгу вводиться в експлуатацію інший атомний годинник Casium під назвою CS2, який відповідає за встановлення законного часу з 1991 р. На сьогоднішній день CS2 забезпечує точний час для всіх радіокерованих годинників та Інтернету.