Ատոմային ժամացույցներ. պատմություն և արդիականություն. Ինչպես են աշխատում ատոմային ժամացույցները

Անցյալ տարի՝ 2012-ին, քառասունհինգ տարի է անցել, ինչ մարդկությունը որոշել է օգտագործել ատոմային ժամանակաչափ՝ ժամանակը հնարավորինս ճշգրիտ չափելու համար: 1967 թվականին ժամանակի միջազգային կատեգորիան դադարել է որոշվել աստղագիտական ​​մասշտաբներով. դրանք փոխարինվել են ցեզիումի հաճախականության ստանդարտով: Հենց նա ստացավ այժմ հայտնի անվանումը՝ ատոմային ժամացույցներ։ Ճշգրիտ ժամանակը, որը նրանք թույլ են տալիս որոշել, ունի երեք միլիոն տարվա ընթացքում մեկ վայրկյանի աննշան սխալ, ինչը թույլ է տալիս դրանք օգտագործել որպես ժամանակային չափանիշ աշխարհի ցանկացած անկյունում:

Մի քիչ պատմություն

Ժամանակի գերճշգրիտ չափման համար ատոմային թրթռումների օգտագործման գաղափարն առաջին անգամ արտահայտվել է 1879 թվականին բրիտանացի ֆիզիկոս Ուիլյամ Թոմսոնի կողմից: Ռեզոնատոր ատոմների արտանետողի դերում այս գիտնականն առաջարկել է օգտագործել ջրածինը։ Գաղափարը կյանքի կոչելու առաջին փորձերը կատարվել են միայն 1940-ական թվականներին։ քսաներորդ դար. Իսկ աշխարհում առաջին աշխատող ատոմային ժամացույցը հայտնվել է 1955 թվականին Մեծ Բրիտանիայում: Նրանց ստեղծողը բրիտանացի փորձարար ֆիզիկոս դոկտոր Լուի Էսենն էր։ Այս ժամացույցն աշխատել է ցեզիում-133 ատոմների թրթռումների հիման վրա, և դրանց շնորհիվ գիտնականները վերջապես կարողացել են ժամանակն ավելի մեծ ճշգրտությամբ չափել, քան նախկինում։ Էսսենի առաջին սարքը թույլ էր տալիս յուրաքանչյուր հարյուր տարվա ընթացքում մեկ վայրկյանից ոչ ավելի սխալ, բայց հետագայում այն ​​բազմապատկվեց, և վայրկյանում սխալը կարող է կուտակվել միայն 2-3 հարյուր միլիոն տարի հետո:

Ատոմային ժամացույց. ինչպես է այն աշխատում

Ինչպե՞ս է աշխատում այս հնարամիտ «սարքը»: Որպես ռեզոնանսային հաճախականության գեներատոր՝ ատոմային ժամացույցներն օգտագործում են մոլեկուլներ կամ ատոմներ քվանտային մակարդակում։ հաստատում է համակարգի կապը» ատոմային միջուկ- էլեկտրոններ» մի քանի դիսկրետ էներգիայի մակարդակներով: Եթե ​​նման համակարգի վրա ազդում է խիստ սահմանված հաճախականությունը, ապա այս համակարգը կհեռանա ցածր մակարդակդեպի բարձր: Հնարավոր է նաև հակառակ գործընթացը՝ ատոմի անցում ավելիից բարձր մակարդակդեպի ցածր, ուղեկցվում է էներգիայի արտանետմամբ: Այս երևույթները կարելի է կառավարել և գրանցել էներգիայի բոլոր ցատկերը՝ ստեղծելով տատանողական շղթայի պես մի բան (այն նաև կոչվում է ատոմային տատանվող): Նրա ռեզոնանսային հաճախականությունը կհամապատասխանի հարեւան ատոմային անցումային մակարդակների էներգիայի տարբերությանը` բաժանված Պլանկի հաստատունով:

Նման տատանողական շղթան անհերքելի առավելություններ ունի իր մեխանիկական և աստղագիտական ​​նախորդների նկատմամբ։ Նման ատոմային տատանվողներից մեկի համար ցանկացած նյութի ատոմների ռեզոնանսային հաճախականությունը նույնն է լինելու, ինչը չի կարելի ասել ճոճանակների և պիեզոկրիստալների մասին։ Բացի այդ, ատոմները ժամանակի ընթացքում չեն փոխում իրենց հատկությունները և չեն մաշվում։ Հետևաբար, ատոմային ժամացույցները չափազանց ճշգրիտ և գրեթե հավերժական ժամանակաչափ են:

Ճշգրիտ ժամանակ և ժամանակակից տեխնոլոգիաներ

Հեռահաղորդակցության ցանցեր, արբանյակային կապեր, GPS, NTP սերվերներ, էլեկտրոնային գործարքներ ֆոնդային բորսայում, առցանց աճուրդներ, ինտերնետի միջոցով տոմսեր գնելու կարգը. Բայց եթե մարդկությունը չհայտներ ատոմային ժամացույցը, այս ամենը պարզապես չէր լինի։ Ճշգրիտ ժամանակը, որի հետ համաժամացումը թույլ է տալիս նվազագույնի հասցնել ցանկացած սխալ, ուշացում և ուշացում, մարդուն հնարավորություն է տալիս առավելագույնս օգտագործել այս անգնահատելի անփոխարինելի ռեսուրսից, որը երբեք շատ չէ:

, Galileo) անհնար է առանց ատոմային ժամացույցների: Ատոմային ժամացույցները օգտագործվում են նաև արբանյակային և ցամաքային հեռահաղորդակցության համակարգերում, այդ թվում բազային կայաններ բջջային կապ, ստանդարտների և ժամային ծառայությունների միջազգային և ազգային բյուրոներ, որոնք պարբերաբար ռադիոյով հեռարձակում են ժամային ազդանշաններ։

Ժամացույցի սարք

Ժամացույցը բաղկացած է մի քանի մասերից.

• քվանտային տարբերակիչ,
• էլեկտրոնիկայի համալիր.

Հաճախականության ստանդարտների ազգային կենտրոններ

Շատ երկրներ ձևավորել են ժամանակի և հաճախականության ստանդարտների ազգային կենտրոններ.

• (VNIIFTRI), գյուղ Մենդելեևո, Մոսկվայի մարզ;
• (NIST), Boulder (ԱՄՆ, Կոլորադո);
• Առաջատար արդյունաբերական գիտության և տեխնոլոգիաների ազգային ինստիտուտ (AIST), Տոկիո (Ճապոնիա);
• Դաշնային ֆիզիկական և տեխնիկական գործակալություն (գերմաներեն)(PTB), Բրաունշվեյգ (Գերմանիա);
• Չափագիտության և թեստավորման ազգային լաբորատորիա (ֆր.)(LNE), Փարիզ (Ֆրանսիա):
• Մեծ Բրիտանիայի ազգային ֆիզիկական լաբորատորիա (NPL), Լոնդոն, Մեծ Բրիտանիա:

Գիտնականներ տարբեր երկրներատոմային ժամացույցների և դրանց վրա հիմնված ժամանակի և հաճախականության պետական ​​առաջնային ստանդարտների կատարելագործման աշխատանքներ, այդպիսի ժամացույցների ճշգրտությունը անշեղորեն աճում է: Ռուսաստանում լայնածավալ հետազոտություններ են իրականացվում՝ ուղղված ատոմային ժամացույցների բնութագրերի բարելավմանը։

Ատոմային ժամացույցների տեսակները

Ամեն ատոմ (մոլեկուլ) չէ, որ հարմար է որպես ատոմային ժամացույցների տարբերակիչ: Ընտրեք ատոմներ, որոնք անզգայուն են տարբեր տեսակների նկատմամբ արտաքին ազդեցությունները՝ մագնիսական, էլեկտրական և էլեկտրամագնիսական դաշտեր. Նման ատոմներ կան էլեկտրամագնիսական ճառագայթման սպեկտրի յուրաքանչյուր տիրույթում։ Դրանք են՝ կալցիումի, ռուբիդիումի, ցեզիումի, ստրոնցիումի ատոմները, ջրածնի, յոդի, մեթանի, օսմիումի (VIII) օքսիդի մոլեկուլները և այլն։ Որպես հաճախականության հիմնական (առաջնային) ստանդարտ ընտրվել է ցեզիումի ատոմի հիպերմանր անցումը։ Բոլոր մյուս (երկրորդային) ստանդարտների բնութագրերը համեմատվում են այս ստանդարտի հետ: Նման համեմատություն անելու համար ներկայումս օգտագործվում են այսպես կոչված օպտիկական սանրեր։ (անգլերեն)- լայն հաճախականության սպեկտրով ճառագայթում հավասար հեռավոր գծերի տեսքով, որոնց միջև հեռավորությունը կապված է ատոմային հաճախականության ստանդարտի հետ: Օպտիկական սանրերը ձեռք են բերվում ռեժիմով կողպված ֆեմտովայրկյան լազերի և միկրոկառուցվածքային մանրաթելի միջոցով, որոնցում սպեկտրը ընդլայնվում է մինչև մեկ օկտավա:

2006 թվականին ԱՄՆ Ստանդարտների և տեխնոլոգիաների ազգային ինստիտուտի հետազոտողները Ջիմ Բերգքվիստի (անգլ. Ջիմ Բերգքվիստ) գլխավորությամբ մշակեցին մեկ ատոմային ժամացույց։ Սնդիկի իոնի էներգիայի մակարդակների միջև անցումների ժամանակ առաջանում են տեսանելի տիրույթի ֆոտոններ ցեզիում-133-ի միկրոալիքային ճառագայթումից 5 անգամ ավելի կայունությամբ: Նոր ժամացույցը կարող է նաև կիրառություն գտնել հիմնական ֆիզիկական հաստատունների ժամանակից կախվածության ուսումնասիրության մեջ: 2015 թվականի ապրիլի դրությամբ ամենաճշգրիտ ատոմային ժամացույցը ստեղծվել է ԱՄՆ Ստանդարտների և տեխնոլոգիաների ազգային ինստիտուտում: Սխալը եղել է ընդամենը մեկ վայրկյան 15 միլիարդ տարվա ընթացքում: Որպես մեկը հնարավոր հավելվածներժամ, նշվել է հարաբերական գեոդեզիա, որի հիմնական գաղափարը ժամացույցների ցանցի օգտագործումն է որպես ձգողականության սենսորներ, որոնք կօգնեն կատարել Երկրի ձևի անհավատալիորեն մանրամասն եռաչափ չափումներ:

Կոմպակտ ատոմային ժամացույցների ակտիվ մշակում՝ օգտագործման համար Առօրյա կյանք (ձեռքի ժամացույց, շարժական սարքեր): 2011 թվականի սկզբին ամերիկյան ընկերություն Սիմետրիկհայտարարեց ցեզիումի ատոմային ժամացույցի կոմերցիոն թողարկման մասին՝ փոքր չիպի չափով: Ժամացույցն աշխատում է բնակչության համահունչ թակարդի ազդեցության հիման վրա: Դրանց կայունությունը ժամում 5 10 -11 է, քաշը՝ 35 գ, էներգիայի սպառում՝ 115 մՎտ։

Նշումներ

1. Սահմանվել է ատոմային ժամացույցի ճշգրտության նոր ռեկորդ (անորոշ) . Membrana (փետրվարի 5, 2010): Վերցված է 2011 թվականի մարտի 4-ին Արխիվացված օրիգինալից 2012 թվականի փետրվարի 9-ին։
2. Այս հաճախականությունները բնորոշ են ճշգրիտ քվարցային ռեզոնատորների համար՝ ամենաբարձր որակի գործոնով և հաճախականության կայունությամբ, որը կարելի է ձեռք բերել պիեզոէլեկտրական էֆեկտի միջոցով: Ընդհանուր առմամբ, բյուրեղյա տատանիչներն օգտագործվում են մի քանի կՀց-ից մինչև մի քանի հարյուր ՄՀց հաճախականություններով: ( Altshuller G. B., Elfimov N. N., Shakulin V. G.Բյուրեղյա տատանիչներ. տեղեկատու ուղեցույց: - Մ.: Ռադիո և կապ, 1984. - S. 121, 122. - 232 p. - 27000 օրինակ։)
3. Ն.Գ.Բասովը և Վ.Ս.ԼետոխովըՕպտիկական հաճախականության ստանդարտներ. // UFN. - 1968. - T. 96, No 12:
4. Չափագիտության ազգային լաբորատորիաներ. NIST, 3 փետրվարի, 2011 թ (Վերցված է հունիսի 14, 2011)
5. Օսկայ Վ., Դիդդամս Ս., Դոնլի Ա., Ֆրոտիեր Թ., Հևներ Թ. և այլն:Մեկ ատոմային օպտիկական ժամացույց բարձր ճշգրտությամբ // ֆիզ. Վեր. Լեթ. . - American Physical Society, 4 հուլիսի, 2006 թ. - Հատ. 97, թիվ 2. -

Գիտական ​​աշխարհով մեկ սենսացիա է տարածվել՝ ժամանակը գոլորշիանում է մեր Տիեզերքից: Առայժմ սա միայն իսպանացի աստղաֆիզիկոսների վարկածն է։ Բայց այն, որ Երկրի վրա և տիեզերքում ժամանակի հոսքը տարբեր է, արդեն ապացուցվել է գիտնականների կողմից։ Ժամանակը ձգողականության ազդեցության տակ ավելի դանդաղ է հոսում՝ արագանալով, երբ հեռանում ես մոլորակից: Երկրային և տիեզերական ժամանակի համաժամացման խնդիրն իրականացվում է ջրածնի հաճախականության ստանդարտներով, որոնք կոչվում են նաև «ատոմային ժամացույցներ»։

Առաջին ատոմային ժամանակը հայտնվել է տիեզերագնացության գալուստով, ատոմային ժամացույցները հայտնվել են 1920-ականների կեսերին: Այժմ ատոմային ժամացույցները դարձել են սովորական, մեզանից յուրաքանչյուրն օգտագործում է դրանք ամեն օր. աշխատում են թվային կապի, GLONAS-ի, նավիգացիայի և տրանսպորտի հետ:

Բջջային հեռախոսների սեփականատերերը գրեթե չեն մտածում, թե ինչ ծանր աշխատանքտարածության մեջ իրականացվում է ժամանակի խիտ համաժամացման համար, բայց խոսքը վայրկյանի միայն միլիոներորդականի մասին է։

Ժամանակի ճշգրիտ ստանդարտը պահվում է Մոսկվայի մարզում, ք գիտական ​​ինստիտուտֆիզիկատեխնիկական և ռադիոտեխնիկական չափումներ. Աշխարհում նման 450 ժամացույց կա։

Ռուսաստանն ու ԱՄՆ-ն ատոմային ժամացույցների մենաշնորհատերերն են, բայց ԱՄՆ-ում ժամացույցներն աշխատում են ցեզիումի հիման վրա, որը ռադիոակտիվ մետաղ է, որը շատ վնասակար է շրջակա միջավայրին, իսկ Ռուսաստանում՝ ջրածնի հիման վրա՝ ավելի անվտանգ դիմացկուն նյութ։

Այս ժամացույցը չունի ժամացույց և սլաքներ. այն նման է հազվագյուտ և արժեքավոր մետաղներից պատրաստված մեծ տակառի, որը լցված է ամենաառաջադեմ տեխնոլոգիաներով՝ բարձր ճշգրտությամբ չափիչ գործիքներով և ատոմային ստանդարտներով սարքավորումներով: Դրանց ստեղծման գործընթացը շատ երկար է, բարդ և տեղի է ունենում բացարձակ անպտղության պայմաններում։

4 տարի ռուսական արբանյակի վրա տեղադրված ժամացույցն ուսումնասիրում է մութ էներգիա. Մարդկային չափանիշներով նրանք միլիոնավոր տարիների ընթացքում կորցնում են ճշգրտությունը 1 վայրկյանով:

Շատ շուտով ատոմային ժամացույց կտեղադրվի Spektr-M տիեզերական աստղադիտարանի վրա, որը կտեսնի, թե ինչպես են ձևավորվում աստղերն ու էկզոմոլորակները, նայեք եզրին: Սեւ անցքմեր գալակտիկայի կենտրոնում: Գիտնականների կարծիքով՝ հրեշավոր ձգողականության պատճառով ժամանակն այստեղ այնքան դանդաղ է հոսում, որ գրեթե կանգ է առնում։

tvroscosmos

Ժամանակի չափման սարքերի ստեղծման նոր խթան են տվել ատոմային ֆիզիկոսները։

1949 թվականին կառուցվեց առաջին ատոմային ժամացույցը, որտեղ տատանումների աղբյուրը ոչ թե ճոճանակն էր կամ քվարցային տատանվողը, այլ ազդանշանները՝ կապված քվանտային անցումէլեկտրոն ատոմի երկու էներգետիկ մակարդակների միջև։

Գործնականում պարզվեց, որ նման ժամացույցները այնքան էլ ճշգրիտ չեն, ավելին, դրանք ծավալուն էին և թանկարժեք և լայն կիրառություն չունեին։ Հետո որոշվեց դիմել քիմիական տարր- ցեզիում. Իսկ 1955 թվականին հայտնվեց ցեզիումի ատոմների վրա հիմնված առաջին ատոմային ժամացույցը։

1967 թվականին որոշվեց անցնել ատոմային ժամանակի ստանդարտին, քանի որ Երկրի պտույտը դանդաղում է, և այդ դանդաղման մեծությունը հաստատուն չէ։ Սա մեծապես խանգարեց աստղագետների և ժամանակի պահապանների աշխատանքին:

Ներկայումս Երկիրը պտտվում է 100 տարում մոտ 2 միլիվայրկյան արագությամբ:

Օրվա տեւողության տատանումները նույնպես հասնում են վայրկյանի հազարերորդականի։ Հետևաբար, Գրինվիչի միջին ժամանակի ճշգրտությունը (համաշխարհային ստանդարտ 1884 թվականից) դարձել է անբավարար։ 1967 թվականին տեղի ունեցավ անցում ատոմային ժամանակի ստանդարտին։

Այսօր վայրկյանը մի ժամանակաշրջան է, որը ճիշտ հավասար է 9,192,631,770 ճառագայթման ժամանակաշրջանին, որը համապատասխանում է ցեզիում 133 ատոմի հիմնական վիճակի երկու հիպերմանր մակարդակների անցմանը:

Այս պահին որպես ժամանակային սանդղակ օգտագործվում է Համակարգված համընդհանուր ժամանակը: Այն ձևավորվել է Կշիռների և չափումների միջազգային բյուրոյի կողմից՝ համադրելով տարբեր երկրների ժամանակաչափերի լաբորատորիաների, ինչպես նաև Երկրի պտույտի միջազգային ծառայության տվյալները։ Դրա ճշգրտությունը գրեթե մեկ միլիոն անգամ ավելի լավ է, քան աստղագիտական ​​Գրինվիչի միջին ժամանակը:

Մշակվել է տեխնոլոգիա, որը հնարավորություն կտա արմատապես նվազեցնել գերճշգրիտ ատոմային ժամացույցների չափերն ու արժեքը, ինչը հնարավորություն կտա լայնորեն օգտագործել դրանք շարժական սարքերմեծ մասը տարբեր նպատակներով. Գիտնականներին հաջողվել է ստեղծել ծայրահեղ փոքր չափի ատոմային ժամանակի ստանդարտ: Նման ատոմային ժամացույցները սպառում են 0,075 Վտ-ից պակաս և ունեն 300 տարվա ընթացքում մեկ վայրկյանից ոչ ավելի սխալ:

Հետազոտական ​​խումբԱՄՆ-ին հաջողվեց ստեղծել ծայրահեղ կոմպակտ ատոմային ստանդարտ։ Հնարավոր է դարձել ատոմային ժամացույցները սնուցել սովորական AA մարտկոցներից։ Գերճշգրիտ ատոմային ժամացույցներ, սովորաբար առնվազն մեկ մետր բարձրությամբ, տեղադրվում էին 1,5x1,5x4 մմ ծավալով:

ԱՄՆ-ում մշակվել է մեկ սնդիկի իոնի վրա հիմնված փորձնական ատոմային ժամացույց։ Դրանք հինգ անգամ ավելի ճշգրիտ են, քան ցեզիումը, որն ընդունված է որպես միջազգային ստանդարտ։ Ցեզիումի ժամացույցներն այնքան ճշգրիտ են, որ մեկ վայրկյանի տարբերությանը կհասնեն միայն 70 միլիոն տարի հետո, իսկ սնդիկի ժամացույցների համար այս ժամանակահատվածը կկազմի 400 միլիոն տարի:

1982 թվականին նոր աստղագիտական ​​օբյեկտը՝ միլիվայրկյան պուլսարը, միջամտեց ժամանակի ստանդարտի աստղագիտական ​​սահմանման և այն շահած ատոմային ժամացույցի միջև վեճին: Այս ազդանշանները նույնքան կայուն են, որքան լավագույն ատոմային ժամացույցները

Դուք գիտեի՞ք։

Առաջին ժամացույցը Ռուսաստանում

1412 թ.-ին Մոսկվայում, Ավետման եկեղեցու հետևում, Մեծ Դքսի բակում, տեղադրեցին ժամացույց, և դրանք պատրաստեց սերբ վանական Ղազարը, որը եկել էր սերբական երկրից: Ցավոք, Ռուսաստանում այս առաջին ժամացույցների նկարագրությունը չի պահպանվել։

Ինչպե՞ս են զանգերը հայտնվել Մոսկվայի Կրեմլի Սպասսկայա աշտարակի վրա:

17-րդ դարում անգլիացի Քրիստոֆեր Գալովեյը հնչեցրեց Սպասկայա աշտարակի զանգերը. ժամի շրջանագիծը բաժանված էր 17 հատվածի, ժամացույցի միակ սլաքն անշարժ էր, ցած էր ցույց տալիս և ցույց տալիս թվատախտակի վրա գտնվող ցանկացած թիվ, բայց հավաքիչը ինքնին պտտվում էր:

Ատոմային ժամացույցներն այսօր գոյություն ունեցող ժամանակի չափման ամենաճշգրիտ գործիքներն են և գնալով ավելի տարածված են դառնում: ավելի մեծ արժեքզարգացմամբ և բարդությամբ ժամանակակից տեխնոլոգիաներ.

Գործողության սկզբունքը

Ատոմային ժամացույցները ճշգրիտ ժամանակը պահում են ոչ թե ռադիոակտիվ քայքայման պատճառով, ինչպես կարող է թվալ նրանց անունից, այլ օգտագործելով միջուկների և նրանց շրջապատող էլեկտրոնների թրթռումները: Դրանց հաճախականությունը որոշվում է միջուկի զանգվածով, ձգողականությամբ և դրական լիցքավորված միջուկի և էլեկտրոնների միջև էլեկտրաստատիկ «հավասարակշռողով»։ Այն այնքան էլ չի համընկնում սովորական ժամացույցի հետ: Ատոմային ժամացույցներն ավելի հուսալի ժամանակ պահող են, քանի որ դրանց տատանումները չեն փոխվում՝ կախված նման գործոններից: միջավայրըինչպես խոնավությունը, ջերմաստիճանը կամ ճնշումը:

Ատոմային ժամացույցների էվոլյուցիան

Տարիների ընթացքում գիտնականները հասկացել են, որ ատոմներն ունեն ռեզոնանսային հաճախականություններ, որոնք կապված են յուրաքանչյուրի կլանման և արտանետման ունակության հետ: էլեկտրամագնիսական ճառագայթում. 1930-1940-ական թվականներին ստեղծվեցին բարձր հաճախականության կապի և ռադիոտեղորոշիչ սարքավորումներ, որոնք կարող էին փոխազդել ատոմների և մոլեկուլների ռեզոնանսային հաճախությունների հետ։ Սա նպաստեց ժամացույցի գաղափարին:

Առաջին օրինակները կառուցվել են 1949 թվականին Ազգային ինստիտուտստանդարտներ և տեխնոլոգիաներ (NIST): Որպես թրթռման աղբյուր օգտագործվել է ամոնիակը։ Այնուամենայնիվ, դրանք շատ ավելի ճշգրիտ չէին, քան գործող ժամանակային ստանդարտը, և ցեզիումը օգտագործվեց հաջորդ սերնդում:

նոր ստանդարտ

Ժամանակի ճշգրտության փոփոխությունն այնքան մեծ էր, որ 1967 թվականին կշիռների և չափումների գլխավոր կոնֆերանսը սահմանեց SI երկրորդը որպես ցեզիումի ատոմի 9,192,631,770 թրթռում իր ռեզոնանսային հաճախականությամբ։ Սա նշանակում էր, որ ժամանակն այլևս կապված չէր Երկրի շարժման հետ։ Աշխարհի ամենակայուն ատոմային ժամացույցը ստեղծվել է 1968 թվականին և օգտագործվել որպես NIST ժամանակի հղման համակարգի մաս մինչև 1990-ականները։

Բարելավման մեքենա

Մեկը վերջին ձեռքբերումներըայս հատվածում լազերային սառեցում է: Սա բարելավեց ազդանշան-աղմուկ հարաբերակցությունը և նվազեցրեց ժամացույցի ազդանշանի անորոշությունը: Այս հովացման համակարգը և ցեզիումի ժամացույցը բարելավելու համար օգտագործվող այլ սարքավորումները երկաթուղային վագոնի չափ տարածք կպահանջեն, թեև կոմերցիոն տարբերակները կարող են տեղավորվել ճամպրուկի մեջ: Այս լաբորատոր հաստատություններից մեկը ժամանակ է պահում Կոլորադոյի Բոուլդեր քաղաքում և Երկրի վրա ամենաճշգրիտ ժամացույցն է: Նրանք սխալվում են միայն օրական 2 նանվայրկյանով կամ 1 վրկ 1,4 միլիոն տարում:

Բարդ տեխնոլոգիա

Այս հսկայական ճշգրտությունը բարդության արդյունք է տեխնոլոգիական գործընթաց. Նախ և առաջ հեղուկ ցեզիումը տեղադրում են վառարանում և տաքացնում այնքան, մինչև այն վերածվի գազի։ Մետաղական ատոմները մեծ արագությամբ դուրս են գալիս վառարանի փոքր անցքից: Էլեկտրամագնիսները հանգեցնում են նրան, որ դրանք բաժանվում են տարբեր էներգիաներով առանձին ճառագայթների: Պահանջվող ճառագայթն անցնում է U-աձեւ անցքով, իսկ ատոմները ենթարկվում են միկրոալիքային էներգիայի 9.192.631.770 Հց հաճախականությամբ։ Դրա շնորհիվ նրանք հուզվում են և անցնում այլ էներգետիկ վիճակի։ Այնուհետև մագնիսական դաշտը զտում է ատոմների մյուս էներգետիկ վիճակները:

Դետեկտորը արձագանքում է ցեզիումին և ցույց է տալիս առավելագույն ժամը ճիշտ իմաստհաճախականություններ. Սա պահանջվում է կարգավորելու համար բյուրեղյա տատանվող, որը վերահսկում է ժամանակի մեխանիզմը։ Նրա հաճախականությունը 9.192.631.770-ի բաժանելով՝ վայրկյանում ստացվում է մեկ զարկերակ։

Ոչ միայն ցեզիում

Թեև ամենատարածված ատոմային ժամացույցներն օգտագործում են ցեզիումի հատկությունները, կան նաև այլ տեսակներ: Նրանք տարբերվում են կիրառական տարրով և էներգիայի մակարդակի փոփոխությունը որոշող միջոցներով։ Այլ նյութեր են ջրածինը և ռուբիդիումը։ Ջրածնի ատոմային ժամացույցները գործում են ցեզիումի ժամացույցների նման, սակայն պահանջում են հատուկ նյութից պատրաստված պատերով կոնտեյներ, որը թույլ չի տալիս ատոմների էներգիան շատ արագ կորցնել: Rubidium ժամացույցները ամենապարզն ու կոմպակտն են: Դրանցում գազային ռուբիդիումով լցված ապակե բջիջը փոխում է լույսի կլանումը, երբ ենթարկվում է միկրոալիքային հաճախականության:

Ո՞ւմ է պետք ճշգրիտ ժամանակը:

Այսօր ժամանակը կարելի է հաշվել ծայրահեղ ճշգրտությամբ, բայց ինչո՞ւ է դա կարևոր։ Սա անհրաժեշտ է այնպիսի համակարգերում, ինչպիսիք են Բջջային հեռախոսներ, ինտերնետ, GPS, ավիացիոն ծրագրեր եւ թվային հեռուստատեսություն. Առաջին հայացքից սա ակնհայտ չէ։

Ժամանակի ճշգրիտ օգտագործման օրինակ է փաթեթների համաժամացումը: Հազարավոր հեռախոսազանգեր անցնում են միջին գծով։ Դա հնարավոր է միայն այն պատճառով, որ խոսակցությունն ամբողջությամբ չի փոխանցվում։ Հեռահաղորդակցության ընկերությունն այն բաժանում է փոքր փաթեթներև նույնիսկ բաց է թողնում որոշ տեղեկություններ: Այնուհետև նրանք անցնում են գծի միջով այլ խոսակցությունների փաթեթների հետ միասին և վերականգնվում են մյուս ծայրում՝ առանց խառնվելու: Հեռախոսային փոխանակման ժամացույցի համակարգը կարող է որոշել, թե որ փաթեթներն են պատկանում տվյալ խոսակցությանը տեղեկության ուղարկման ճշգրիտ պահին:

GPS

Ճշգրիտ ժամանակի մեկ այլ իրականացում գլոբալ դիրքավորման համակարգն է: Այն բաղկացած է 24 արբանյակներից, որոնք փոխանցում են իրենց կոորդինատներն ու ժամանակը։ Ցանկացած GPS ընդունիչ կարող է միանալ դրանց և համեմատել հեռարձակման ժամանակները: Տարբերությունը թույլ է տալիս օգտվողին որոշել իրենց գտնվելու վայրը: Եթե ​​այս ժամացույցները շատ ճշգրիտ չլինեին, ապա GPS համակարգը կլիներ անիրագործելի և անվստահելի:

Կատարելության սահմանը

Տեխնոլոգիաների և ատոմային ժամացույցների զարգացմամբ նկատելի դարձան տիեզերքի անճշտությունները։ Երկիրը շարժվում է անհավասարաչափ, ինչը հանգեցնում է տարիների և օրերի տեւողության պատահական տատանումների։ Նախկինում այս փոփոխություններն աննկատ կմնային, քանի որ ժամանակի չափման գործիքները չափազանց անճշտ էին: Այնուամենայնիվ, ի սարսափ հետազոտողների և գիտնականների, ատոմային ժամացույցների ժամանակը պետք է ճշգրտվի՝ փոխհատուցելու անոմալիաները: իրական աշխարհը. Դրանք զարմանալի գործիքներ են ժամանակակից տեխնոլոգիաների առաջխաղացման համար, սակայն դրանց կատարելությունը սահմանափակված է հենց բնության կողմից սահմանված սահմաններով: