परमाणु घड़ियाँ: इतिहास और आधुनिकता। परमाणु घड़ियाँ कैसे काम करती हैं

पिछले साल, 2012 में, पैंतालीस साल हो गए जब मानवता ने समय को यथासंभव सटीक रूप से मापने के लिए परमाणु टाइमकीपिंग का उपयोग करने का निर्णय लिया। 1967 में, समय की अंतर्राष्ट्रीय श्रेणी खगोलीय पैमानों द्वारा निर्धारित की जानी बंद हो गई - उन्हें सीज़ियम आवृत्ति मानक द्वारा प्रतिस्थापित किया गया। यह वह था जिसे अब लोकप्रिय नाम मिला - परमाणु घड़ियाँ। जिस सटीक समय को वे आपको निर्धारित करने की अनुमति देते हैं, उसमें तीन मिलियन वर्षों में एक सेकंड की मामूली त्रुटि होती है, जो उन्हें दुनिया के किसी भी कोने में समय मानक के रूप में उपयोग करने की अनुमति देती है।

इतिहास का हिस्सा

अति-सटीक समय मापन के लिए परमाणु कंपन का उपयोग करने का विचार पहली बार 1879 में ब्रिटिश भौतिक विज्ञानी विलियम थॉमसन द्वारा व्यक्त किया गया था। अनुनादक परमाणुओं के उत्सर्जक की भूमिका में इस वैज्ञानिक ने हाइड्रोजन के उपयोग का प्रस्ताव रखा। इस विचार को व्यवहार में लाने का पहला प्रयास 1940 के दशक में ही किया गया था। बीसवीं सदी। और दुनिया की पहली कार्यशील परमाणु घड़ी 1955 में ब्रिटेन में प्रदर्शित हुई। इनके निर्माता ब्रिटिश प्रायोगिक भौतिक विज्ञानी डॉ. लुईस एसेन थे। यह घड़ी सीज़ियम-133 परमाणुओं के कंपन के आधार पर काम करती थी और उन्हीं की बदौलत वैज्ञानिक अंततः पहले की तुलना में कहीं अधिक सटीकता के साथ समय मापने में सक्षम हुए। एसेन के पहले उपकरण ने हर सौ वर्षों में एक सेकंड से अधिक की त्रुटि की अनुमति नहीं दी, लेकिन बाद में यह कई गुना बढ़ गई और प्रति सेकंड त्रुटि केवल 2-3 सैकड़ों लाखों वर्षों में ही जमा हो सकती है।

परमाणु घड़ी: यह कैसे काम करती है

यह सरल "डिवाइस" कैसे काम करता है? गुंजयमान आवृत्ति जनरेटर के रूप में, परमाणु घड़ियाँ क्वांटम स्तर पर अणुओं या परमाणुओं का उपयोग करती हैं। सिस्टम का कनेक्शन स्थापित करता है " परमाणु नाभिक- इलेक्ट्रॉन" कई अलग-अलग ऊर्जा स्तरों के साथ। यदि ऐसी प्रणाली कड़ाई से निर्दिष्ट आवृत्ति से प्रभावित होती है, तो यह प्रणाली चली जाएगी कम स्तरऊंचा करने के लिए। विपरीत प्रक्रिया भी संभव है: एक परमाणु का अधिक से संक्रमण उच्च स्तरसे कम, ऊर्जा के उत्सर्जन के साथ। इन घटनाओं को एक ऑसिलेटरी सर्किट (इसे परमाणु ऑसिलेटर भी कहा जाता है) जैसा कुछ बनाकर सभी ऊर्जा उछाल को नियंत्रित और रिकॉर्ड किया जा सकता है। इसकी गुंजयमान आवृत्ति प्लैंक स्थिरांक द्वारा विभाजित पड़ोसी परमाणु संक्रमण स्तरों के बीच ऊर्जा अंतर के अनुरूप होगी।

इस तरह के ऑसिलेटरी सर्किट के अपने यांत्रिक और खगोलीय पूर्ववर्तियों की तुलना में निर्विवाद फायदे हैं। ऐसे एक परमाणु थरथरानवाला के लिए, किसी भी पदार्थ के परमाणुओं की गुंजयमान आवृत्ति समान होगी, जो पेंडुलम और पीज़ोक्रिस्टल के बारे में नहीं कहा जा सकता है। इसके अलावा, परमाणु समय के साथ अपने गुणों को नहीं बदलते हैं और खराब नहीं होते हैं। इसलिए, परमाणु घड़ियाँ अत्यंत सटीक और लगभग शाश्वत कालक्रम हैं।

सटीक समय और आधुनिक प्रौद्योगिकियाँ

दूरसंचार नेटवर्क, उपग्रह संचार, जीपीएस, एनटीपी सर्वर, स्टॉक एक्सचेंज पर इलेक्ट्रॉनिक लेनदेन, ऑनलाइन नीलामी, इंटरनेट के माध्यम से टिकट खरीदने की प्रक्रिया - ये सभी और कई अन्य घटनाएं लंबे समय से हमारे जीवन में मजबूती से स्थापित हो गई हैं। लेकिन अगर मानवता ने परमाणु घड़ी का आविष्कार नहीं किया होता, तो यह सब घटित ही नहीं होता। सटीक समय, जिसके साथ सिंक्रनाइज़ेशन आपको किसी भी त्रुटि, देरी और विलंब को कम करने की अनुमति देता है, एक व्यक्ति को इस अमूल्य अपूरणीय संसाधन का अधिकतम लाभ उठाने में सक्षम बनाता है, जो कभी भी बहुत अधिक नहीं होता है।

, गैलीलियो) परमाणु घड़ियों के बिना असंभव हैं। परमाणु घड़ियों का उपयोग उपग्रह और स्थलीय दूरसंचार प्रणालियों में भी किया जाता है बेस स्टेशन मोबाइल संचार, मानक और समय सेवाओं के अंतरराष्ट्रीय और राष्ट्रीय ब्यूरो, जो समय-समय पर रेडियो द्वारा समय संकेतों को प्रसारित करते हैं।

घड़ी का उपकरण

घड़ी में कई भाग होते हैं:

• क्वांटम विवेचक,
• इलेक्ट्रॉनिक्स कॉम्प्लेक्स.

राष्ट्रीय आवृत्ति मानक केंद्र

कई देशों ने समय और आवृत्ति मानकों के लिए राष्ट्रीय केंद्र बनाए हैं:

• (VNIIFTRI), गांव मेंडेलीवो, मॉस्को क्षेत्र;
• (एनआईएसटी), बोल्डर (यूएसए, कोलोराडो);
• राष्ट्रीय उन्नत औद्योगिक विज्ञान एवं प्रौद्योगिकी संस्थान (एआईएसटी), टोक्यो (जापान);
• संघीय भौतिक और तकनीकी एजेंसी (जर्मन)(पीटीबी), ब्राउनश्वेग (जर्मनी);
• मेट्रोलॉजी और परीक्षण की राष्ट्रीय प्रयोगशाला (फा.)(एलएनई), पेरिस (फ्रांस)।
• यूके राष्ट्रीय भौतिक प्रयोगशाला (एनपीएल), लंदन, यूके।

वैज्ञानिक विभिन्न देशपरमाणु घड़ियों और उनके आधार पर समय और आवृत्ति के राज्य प्राथमिक मानकों में सुधार पर काम करने से ऐसी घड़ियों की सटीकता लगातार बढ़ रही है। रूस में, परमाणु घड़ियों की विशेषताओं में सुधार लाने के उद्देश्य से व्यापक शोध किया जा रहा है।

परमाणु घड़ियों के प्रकार

प्रत्येक परमाणु (अणु) परमाणु घड़ियों के विभेदक के रूप में उपयुक्त नहीं है। ऐसे परमाणु चुनें जो विभिन्न के प्रति असंवेदनशील हों बाहरी प्रभाव: चुंबकीय, विद्युत और विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र. विद्युत चुम्बकीय विकिरण स्पेक्ट्रम की प्रत्येक श्रेणी में ऐसे परमाणु होते हैं। ये हैं: कैल्शियम के परमाणु, रुबिडियम, सीज़ियम, स्ट्रोंटियम, हाइड्रोजन के अणु, आयोडीन, मीथेन, ऑस्मियम (VIII) ऑक्साइड, आदि। सीज़ियम परमाणु के हाइपरफाइन संक्रमण को मुख्य (प्राथमिक) आवृत्ति मानक के रूप में चुना गया था। अन्य सभी (माध्यमिक) मानकों की विशेषताओं की तुलना इस मानक से की जाती है। ऐसी तुलना करने के लिए, वर्तमान में तथाकथित ऑप्टिकल कंघियों का उपयोग किया जाता है। (अंग्रेज़ी)- समदूरस्थ रेखाओं के रूप में विस्तृत आवृत्ति स्पेक्ट्रम वाला विकिरण, जिसके बीच की दूरी परमाणु आवृत्ति मानक से बंधी होती है। ऑप्टिकल कॉम्ब्स एक मोड-लॉक फेमटोसेकंड लेजर और माइक्रोस्ट्रक्चर्ड फाइबर का उपयोग करके प्राप्त किए जाते हैं, जिसमें स्पेक्ट्रम को एक ऑक्टेव तक चौड़ा किया जाता है।

2006 में, जिम बर्गक्विस्ट के नेतृत्व में यूएस नेशनल इंस्टीट्यूट ऑफ स्टैंडर्ड्स एंड टेक्नोलॉजी के शोधकर्ताओं ने एक एकल परमाणु घड़ी विकसित की। पारा आयन के ऊर्जा स्तरों के बीच संक्रमण के दौरान, दृश्यमान सीमा के फोटॉन सीज़ियम-133 के माइक्रोवेव विकिरण की तुलना में 5 गुना अधिक स्थिरता के साथ उत्पन्न होते हैं। नई घड़ी का उपयोग समय पर मूलभूत भौतिक स्थिरांकों की निर्भरता के अध्ययन में भी हो सकता है। अप्रैल 2015 तक, सबसे सटीक परमाणु घड़ी यूएस नेशनल इंस्टीट्यूट ऑफ स्टैंडर्ड्स एंड टेक्नोलॉजी में बनाई गई है। यह त्रुटि 15 अरब वर्षों में केवल एक सेकंड की थी। में से एक संभावित अनुप्रयोगघंटे, सापेक्षतावादी भूगणित का संकेत दिया गया था, जिसका मुख्य विचार गुरुत्वाकर्षण सेंसर के रूप में घड़ियों के एक नेटवर्क का उपयोग है, जो पृथ्वी के आकार के अविश्वसनीय रूप से विस्तृत त्रि-आयामी माप करने में मदद करेगा।

में उपयोग के लिए कॉम्पैक्ट परमाणु घड़ियों का सक्रिय विकास रोजमर्रा की जिंदगी (कलाई घड़ी, मोबाइल उपकरणों) । 2011 की शुरुआत में, एक अमेरिकी कंपनी सममितिएक छोटी चिप के आकार की सीज़ियम परमाणु घड़ी की व्यावसायिक रिलीज़ की घोषणा की। घड़ी सुसंगत जनसंख्या फँसाने के प्रभाव के आधार पर काम करती है। उनकी स्थिरता 5 · 10 -11 प्रति घंटा, वजन - 35 ग्राम, बिजली की खपत - 115 मेगावाट है।

टिप्पणियाँ

1. परमाणु घड़ी की सटीकता का नया रिकॉर्ड बनाया गया (अनिश्चित) . मेम्ब्राना (5 फरवरी, 2010)। 4 मार्च 2011 को पुनःप्राप्त। मूल से 9 फ़रवरी 2012 को संग्रहीत।
2. ये आवृत्तियाँ सटीक क्वार्ट्ज रेज़ोनेटर के लिए विशिष्ट हैं, जिसमें पीज़ोइलेक्ट्रिक प्रभाव का उपयोग करके उच्चतम गुणवत्ता कारक और आवृत्ति स्थिरता प्राप्त की जा सकती है। सामान्य तौर पर, क्रिस्टल ऑसिलेटर का उपयोग कुछ किलोहर्ट्ज़ से लेकर कई सौ मेगाहर्ट्ज तक की आवृत्तियों पर किया जाता है। ( अल्टशुलर जी.बी., एल्फिमोव एन.एन., शाकुलिन वी.जी.क्रिस्टल ऑसिलेटर्स: एक संदर्भ मार्गदर्शिका। - एम.: रेडियो और संचार, 1984. - एस. 121, 122. - 232 पी. - 27,000 प्रतियां।)
3. एन जी बसोव और वी एस लेटोखोवऑप्टिकल आवृत्ति मानक। // यूएफएन। - 1968. - टी. 96, नंबर 12।
4. राष्ट्रीय मेट्रोलॉजी प्रयोगशालाएँ। एनआईएसटी, 3 फरवरी, 2011 (14 जून 2011 को पुनःप्राप्त)
5. ओस्के डब्ल्यू., डिडैम्स एस., डोनली ए., फ्रोटियर टी., हेवनर टी., एट अल।उच्च सटीकता के साथ एकल-परमाणु ऑप्टिकल घड़ी // भौतिक। रेव लेट. . - अमेरिकन फिजिकल सोसाइटी, 4 जुलाई 2006। - वॉल्यूम। 97, नहीं. 2. -

वैज्ञानिक जगत में एक सनसनी फैल गई है - हमारे ब्रह्मांड से समय लुप्त हो रहा है! अभी तक यह केवल स्पैनिश खगोलशास्त्रियों की परिकल्पना है। लेकिन यह तथ्य कि पृथ्वी और अंतरिक्ष में समय का प्रवाह अलग-अलग है, वैज्ञानिकों द्वारा पहले ही सिद्ध किया जा चुका है। गुरुत्वाकर्षण के प्रभाव में समय अधिक धीमी गति से बहता है, जैसे-जैसे आप ग्रह से दूर जाते हैं, गति बढ़ती जाती है। स्थलीय और ब्रह्मांडीय समय को सिंक्रनाइज़ करने का कार्य हाइड्रोजन आवृत्ति मानकों द्वारा किया जाता है, जिन्हें "परमाणु घड़ियाँ" भी कहा जाता है।

पहला परमाणु समय अंतरिक्ष यात्रियों के आगमन के साथ सामने आया, परमाणु घड़ियाँ 1920 के दशक के मध्य में दिखाई दीं। अब परमाणु घड़ियाँ आम हो गई हैं, हम में से प्रत्येक हर दिन उनका उपयोग करता है: वे डिजिटल संचार, ग्लोनास, नेविगेशन और परिवहन के साथ काम करते हैं।

मोबाइल फोन के मालिक शायद ही इस बारे में सोचते हों कड़ी मेहनतअंतरिक्ष में टाइट टाइम सिंक्रोनाइजेशन के लिए किया जाता है, लेकिन हम एक सेकंड के केवल दस लाखवें हिस्से के बारे में बात कर रहे हैं।

सटीक समय मानक मॉस्को क्षेत्र में संग्रहीत है वैज्ञानिक संस्थानभौतिक-तकनीकी और रेडियो-तकनीकी माप। दुनिया में ऐसी 450 घड़ियाँ हैं।

रूस और संयुक्त राज्य अमेरिका परमाणु घड़ियों के एकाधिकारवादी हैं, लेकिन संयुक्त राज्य अमेरिका में घड़ियाँ सीज़ियम के आधार पर चलती हैं, एक रेडियोधर्मी धातु जो पर्यावरण के लिए बहुत हानिकारक है, और रूस में, हाइड्रोजन के आधार पर, एक सुरक्षित टिकाऊ सामग्री।

इस घड़ी में कोई डायल और सूइयां नहीं हैं: यह दुर्लभ और मूल्यवान धातुओं से बने एक बड़े बैरल की तरह दिखती है, जो सबसे उन्नत प्रौद्योगिकियों - उच्च परिशुद्धता मापने वाले उपकरणों और परमाणु मानकों वाले उपकरणों से भरी हुई है। उनके निर्माण की प्रक्रिया बहुत लंबी, जटिल है और पूर्ण बाँझपन की स्थितियों में होती है।

4 साल से रूसी सैटेलाइट पर लगी घड़ी अध्ययन कर रही है काली ऊर्जा. मानव मानकों के अनुसार, वे कई लाखों वर्षों में 1 सेकंड तक सटीकता खो देते हैं।

बहुत जल्द, एक अंतरिक्ष वेधशाला Spektr-M पर एक परमाणु घड़ी स्थापित की जाएगी जो देखेगी कि तारे और एक्सोप्लैनेट कैसे बनते हैं, किनारे पर देखें ब्लैक होलहमारी आकाशगंगा के केंद्र में. वैज्ञानिकों के अनुसार, राक्षसी गुरुत्वाकर्षण के कारण यहां समय इतनी धीमी गति से बहता है कि लगभग रुक जाता है।

tvroscosmos

समय मापने के लिए उपकरणों के विकास में एक नई प्रेरणा परमाणु भौतिकविदों द्वारा दी गई थी।

1949 में, पहली परमाणु घड़ी बनाई गई थी, जहां दोलनों का स्रोत कोई पेंडुलम या क्वार्ट्ज ऑसिलेटर नहीं था, बल्कि इससे जुड़े सिग्नल थे। क्वांटम संक्रमणएक परमाणु के दो ऊर्जा स्तरों के बीच एक इलेक्ट्रॉन।

व्यवहार में, ऐसी घड़ियाँ बहुत सटीक नहीं निकलीं, इसके अलावा, वे भारी और महंगी थीं और व्यापक रूप से उपयोग नहीं की जाती थीं। फिर इसकी ओर रुख करने का निर्णय लिया गया रासायनिक तत्व- सीज़ियम. और 1955 में, सीज़ियम परमाणुओं पर आधारित पहली परमाणु घड़ी सामने आई।

1967 में, परमाणु समय मानक पर स्विच करने का निर्णय लिया गया, क्योंकि पृथ्वी का घूर्णन धीमा हो रहा है और इस मंदी का परिमाण स्थिर नहीं है। इससे खगोलशास्त्रियों और समय के रखवालों के काम में बहुत बाधा उत्पन्न हुई।

पृथ्वी वर्तमान में प्रति 100 वर्ष में लगभग 2 मिलीसेकंड की गति से घूम रही है।

दिन की अवधि में उतार-चढ़ाव एक सेकंड के हज़ारवें हिस्से तक भी पहुँच जाता है। इसलिए, ग्रीनविच मीन टाइम (1884 से विश्व मानक) की सटीकता अपर्याप्त हो गई है। 1967 में, परमाणु समय मानक में परिवर्तन हुआ।

आज, एक सेकंड बिल्कुल 9,192,631,770 विकिरण अवधियों के बराबर है, जो सीज़ियम 133 परमाणु की जमीनी अवस्था के दो अति सूक्ष्म स्तरों के बीच संक्रमण से मेल खाता है।

फिलहाल, समन्वित सार्वभौमिक समय का उपयोग समय पैमाने के रूप में किया जाता है। इसका गठन अंतर्राष्ट्रीय वज़न और माप ब्यूरो द्वारा विभिन्न देशों की टाइमकीपिंग प्रयोगशालाओं के डेटा के साथ-साथ अंतर्राष्ट्रीय पृथ्वी रोटेशन सेवा के डेटा को मिलाकर किया जाता है। इसकी सटीकता खगोलीय ग्रीनविच मीन टाइम से लगभग दस लाख गुना बेहतर है।

एक ऐसी तकनीक विकसित की गई है जो अल्ट्रा-सटीक परमाणु घड़ियों के आकार और लागत को मौलिक रूप से कम करना संभव बनाएगी, जिससे उन्हें व्यापक रूप से उपयोग करना संभव हो जाएगा। मोबाइल उपकरणोंअधिकांश विभिन्न प्रयोजनों के लिए. वैज्ञानिक अत्यंत छोटे आकार का एक परमाणु समय मानक बनाने में सक्षम थे। ऐसी परमाणु घड़ियाँ 0.075 W से कम खपत करती हैं और 300 वर्षों में एक सेकंड से अधिक की त्रुटि नहीं होती है।

अनुसंधान समूहसंयुक्त राज्य अमेरिका एक अल्ट्रा-कॉम्पैक्ट परमाणु मानक बनाने में कामयाब रहा। पारंपरिक AA बैटरियों से परमाणु घड़ियों को शक्ति देना संभव हो गया। अल्ट्रा-सटीक परमाणु घड़ियाँ, आमतौर पर कम से कम एक मीटर ऊँची, 1.5x1.5x4 मिमी की मात्रा में रखी गई थीं

संयुक्त राज्य अमेरिका में एकल पारा आयन पर आधारित एक प्रायोगिक परमाणु घड़ी विकसित की गई है। वे सीज़ियम से पांच गुना अधिक सटीक हैं, जिसे अंतरराष्ट्रीय मानक के रूप में स्वीकार किया जाता है। सीज़ियम घड़ियाँ इतनी सटीक हैं कि एक सेकंड का अंतर केवल 70 मिलियन वर्षों के बाद आएगा, और पारा घड़ियों के लिए यह अवधि 400 मिलियन वर्ष होगी।

1982 में, एक नई खगोलीय वस्तु, एक मिलीसेकंड पल्सर, ने समय मानक की खगोलीय परिभाषा और इसे जीतने वाली परमाणु घड़ी के बीच विवाद में हस्तक्षेप किया। ये सिग्नल सर्वोत्तम परमाणु घड़ियों की तरह स्थिर हैं

क्या तुम्हें पता था?

रूस में पहली घड़ी

1412 में, मॉस्को में चर्च ऑफ एनाउंसमेंट के पीछे ग्रैंड ड्यूक के प्रांगण में एक घड़ी लगाई गई थी, और सर्बियाई भूमि से आए एक सर्ब भिक्षु लज़ार ने उन्हें बनाया था। दुर्भाग्य से, रूस में इन पहली घड़ियों का विवरण संरक्षित नहीं किया गया है।

मॉस्को क्रेमलिन के स्पैस्काया टॉवर पर झंकार कैसे दिखाई दी?

17वीं शताब्दी में, अंग्रेज क्रिस्टोफर गैलोवी ने स्पैस्काया टॉवर के लिए झंकार बनाई: घंटे के चक्र को 17 सेक्टरों में विभाजित किया गया था, एकमात्र घड़ी की सूई गतिहीन थी, नीचे की ओर इशारा करती थी और डायल पर किसी भी नंबर की ओर इशारा करती थी, लेकिन डायल स्वयं घूमता था।

परमाणु घड़ियाँ आज अस्तित्व में सबसे सटीक समय-मापने वाले उपकरण हैं, और तेजी से लोकप्रिय हो रही हैं। अधिक मूल्यविकास और जटिलता के साथ आधुनिक प्रौद्योगिकियाँ.

संचालन का सिद्धांत

परमाणु घड़ियाँ रेडियोधर्मी क्षय के कारण सटीक समय नहीं रखती हैं, जैसा कि उनके नाम से लग सकता है, बल्कि नाभिक और उनके आसपास के इलेक्ट्रॉनों के कंपन का उपयोग करके रखा जाता है। उनकी आवृत्ति नाभिक के द्रव्यमान, गुरुत्वाकर्षण और सकारात्मक रूप से चार्ज किए गए नाभिक और इलेक्ट्रॉनों के बीच इलेक्ट्रोस्टैटिक "बैलेंसर" द्वारा निर्धारित की जाती है। यह सामान्य घड़ी की कल से बिल्कुल मेल नहीं खाता है। परमाणु घड़ियाँ अधिक विश्वसनीय समय रखने वाली होती हैं क्योंकि उनके उतार-चढ़ाव ऐसे कारकों के आधार पर नहीं बदलते हैं। पर्यावरणजैसे आर्द्रता, तापमान या दबाव.

परमाणु घड़ियों का विकास

वर्षों से, वैज्ञानिकों ने महसूस किया है कि परमाणुओं में प्रत्येक की अवशोषित और उत्सर्जित करने की क्षमता से जुड़ी गुंजयमान आवृत्तियाँ होती हैं विद्युत चुम्बकीय विकिरण. 1930 और 1940 के दशक में, उच्च-आवृत्ति संचार और रडार उपकरण विकसित किए गए थे जो परमाणुओं और अणुओं की अनुनाद आवृत्तियों के साथ बातचीत कर सकते थे। इसने घड़ी के विचार में योगदान दिया।

पहली प्रतियां 1949 में बनाई गईं राष्ट्रीय संस्थानमानक और प्रौद्योगिकियां (एनआईएसटी)। अमोनिया का उपयोग कंपन स्रोत के रूप में किया जाता था। हालाँकि, वे मौजूदा समय मानक से अधिक सटीक नहीं थे, और अगली पीढ़ी में सीज़ियम का उपयोग किया गया था।

नया मानक

समय सटीकता में परिवर्तन इतना बड़ा था कि 1967 में वज़न और माप पर सामान्य सम्मेलन ने एसआई सेकंड को इसकी गुंजयमान आवृत्ति पर सीज़ियम परमाणु के 9,192,631,770 कंपन के रूप में परिभाषित किया। इसका मतलब यह हुआ कि अब समय का पृथ्वी की गति से कोई संबंध नहीं रह गया है। दुनिया की सबसे स्थिर परमाणु घड़ी 1968 में बनाई गई थी और 1990 के दशक तक एनआईएसटी समय संदर्भ प्रणाली के हिस्से के रूप में इसका उपयोग किया जाता था।

सुधार कार

में से एक हाल की उपलब्धियाँइस क्षेत्र में लेजर कूलिंग है। इससे सिग्नल-टू-शोर अनुपात में सुधार हुआ और घड़ी सिग्नल में अनिश्चितता कम हो गई। इस शीतलन प्रणाली और सीज़ियम घड़ी को बेहतर बनाने के लिए उपयोग किए जाने वाले अन्य उपकरणों के लिए रेलरोड कार के आकार की जगह की आवश्यकता होगी, हालांकि वाणिज्यिक विकल्प सूटकेस में फिट हो सकते हैं। इन प्रयोगशाला सुविधाओं में से एक बोल्डर, कोलोराडो में समय रखती है, और यह पृथ्वी पर सबसे सटीक घड़ी है। वे प्रति दिन केवल 2 नैनोसेकंड या 1.4 मिलियन वर्षों में 1 सेकंड के लिए गलत होते हैं।

परिष्कृत तकनीक

यह जबरदस्त सटीकता जटिल का परिणाम है तकनीकी प्रक्रिया. सबसे पहले, तरल सीज़ियम को भट्टी में रखा जाता है और तब तक गर्म किया जाता है जब तक कि यह गैस में न बदल जाए। धातु के परमाणु भट्टी में एक छोटे से छेद के माध्यम से तेज़ गति से बाहर निकलते हैं। विद्युत चुम्बक उन्हें अलग-अलग ऊर्जाओं के साथ अलग-अलग किरणों में विभाजित कर देते हैं। आवश्यक किरण यू-आकार के छेद से होकर गुजरती है, और परमाणु 9.192.631.770 हर्ट्ज की आवृत्ति पर माइक्रोवेव ऊर्जा के संपर्क में आते हैं। इससे वे उत्तेजित हो जाते हैं और एक अलग ऊर्जा अवस्था में चले जाते हैं। फिर चुंबकीय क्षेत्र परमाणुओं की अन्य ऊर्जा अवस्थाओं को फ़िल्टर कर देता है।

डिटेक्टर सीज़ियम पर प्रतिक्रिया करता है और अधिकतम दिखाता है सही अर्थआवृत्तियाँ। इसे स्थापित करना आवश्यक है क्रिस्टल थरथरानवाला, जो समय तंत्र को नियंत्रित करता है। इसकी आवृत्ति को 9.192.631.770 से विभाजित करने पर प्रति सेकंड एक पल्स प्राप्त होता है।

सीज़ियम ही नहीं

हालाँकि सबसे आम परमाणु घड़ियाँ सीज़ियम के गुणों का उपयोग करती हैं, अन्य प्रकार भी हैं। वे ऊर्जा स्तर में परिवर्तन को निर्धारित करने के लागू तत्व और साधनों में भिन्न होते हैं। अन्य सामग्रियां हाइड्रोजन और रुबिडियम हैं। हाइड्रोजन परमाणु घड़ियाँ सीज़ियम घड़ियों की तरह कार्य करती हैं, लेकिन इसके लिए एक विशेष सामग्री से बनी दीवारों वाले कंटेनर की आवश्यकता होती है जो परमाणुओं को बहुत तेज़ी से ऊर्जा खोने से रोकती है। रूबिडियम घड़ियाँ सबसे सरल और कॉम्पैक्ट हैं। उनमें गैसीय रुबिडियम से भरी कांच की कोशिका माइक्रोवेव आवृत्ति के संपर्क में आने पर प्रकाश के अवशोषण को बदल देती है।

सटीक समय की आवश्यकता किसे है?

आज, समय की गणना अत्यधिक सटीकता के साथ की जा सकती है, लेकिन यह महत्वपूर्ण क्यों है? जैसी प्रणालियों में यह आवश्यक है सेल फोन, इंटरनेट, जीपीएस, विमानन कार्यक्रम और डिजिटल टेलीविजन. प्रथम दृष्टया यह स्पष्ट नहीं है.

समय का कितना सटीक उपयोग किया जाता है इसका एक उदाहरण पैकेट सिंक्रनाइज़ेशन है। हजारों फ़ोन कॉल मध्य रेखा से होकर जाती हैं। यह केवल इसलिए संभव है क्योंकि बातचीत पूरी तरह से प्रसारित नहीं होती है। दूरसंचार कंपनी इसे विभाजित करती है छोटे पैकेजऔर यहां तक ​​कि कुछ जानकारी छोड़ भी देता है। फिर वे अन्य वार्तालापों के पैकेटों के साथ लाइन से गुजरते हैं और बिना मिश्रण के दूसरे छोर पर बहाल हो जाते हैं। टेलीफोन एक्सचेंज क्लॉक सिस्टम यह निर्धारित कर सकता है कि सूचना भेजे जाने के सटीक समय के अनुसार कौन से पैकेट किसी दिए गए वार्तालाप से संबंधित हैं।

GPS

सटीक समय का एक और कार्यान्वयन वैश्विक पोजिशनिंग सिस्टम है। इसमें 24 उपग्रह शामिल हैं जो अपने निर्देशांक और समय संचारित करते हैं। कोई भी जीपीएस रिसीवर उनसे जुड़ सकता है और प्रसारण समय की तुलना कर सकता है। अंतर उपयोगकर्ता को अपना स्थान निर्धारित करने की अनुमति देता है। यदि ये घड़ियाँ बहुत सटीक नहीं होतीं, तो जीपीएस प्रणाली अव्यवहारिक और अविश्वसनीय होती।

पूर्णता की सीमा

प्रौद्योगिकी और परमाणु घड़ियों के विकास के साथ, ब्रह्मांड की अशुद्धियाँ ध्यान देने योग्य हो गईं। पृथ्वी असमान रूप से घूमती है, जिससे वर्षों और दिनों की लंबाई में यादृच्छिक उतार-चढ़ाव होता है। अतीत में, इन परिवर्तनों पर किसी का ध्यान नहीं जाता था क्योंकि टाइमकीपिंग उपकरण बहुत ग़लत थे। हालाँकि, शोधकर्ताओं और वैज्ञानिकों को बहुत निराशा हुई, विसंगतियों की भरपाई के लिए परमाणु घड़ियों के समय को समायोजित करना पड़ा। असली दुनिया. वे आधुनिक प्रौद्योगिकी को आगे बढ़ाने के लिए अद्भुत उपकरण हैं, लेकिन उनकी पूर्णता प्रकृति द्वारा निर्धारित सीमाओं से सीमित है।