03 декември 2020
Категории
  •  Космос
  •  Физика
  •  Науки за земята
  •  Биология
  •  Медицина
  •  Математика
  •  Научни дискусии
  •  Разни
FACEBOOK

Първият атомен часовник в света за търговска продажба е демонстриран на тази дата през 1956 г.

| На този ден 03 октомври 25220
Вляво: Функционална блок-схема на Atomichron, показваща метода за свързване на тръбата на атомния лъч към системата. Вдясно: Д-р J. R. Zacharias (вляво), ключова фигура в развитието на Atomichron. H. C. Guterman (в центъра). и J. H. Quick (вдясно), председател и президент на National Company, разглеждат атомната лъчева тръба на Atomichron. Кредит: RF Cafe

На тази дата в Ню Йорк е демонстриран първият атомен часовник в света за търговска продажба, Atomichron.

Първият комерсиален атомен часовник в света е произведен от National Company, Inc от Малдън, Масачузетс. Това е и първият самостоятелен преносим атомен часовник. Той е базиран на излъчването на цезий-133 , което е стандарт за измерване на времето и честотата.

Изглед отпред на Atomichron, който е висок 2 м и тежи около 230 кг. Един струва 50 000 долара. Кредит: RF Cafe

Atomichron е имал изходна честота при номиналната резонансна честота на цезий - 9192,631830 MHz - и е бил с точност по-добра от секунда за 600 години. Уредът е бил висок 2 м и е тежал около 230 килограма.

Съвременните атомни часовници по цезиев стандарт са по-стабилни и са преносими. Към януари 2013 г. стандартният атомен часовник NIST-F1 е с точност до една секунда на всеки 100 милиона години.

Направени са повече от 50 часовника с търговската марка Atomichron.

Атомните часовници сега се използват за навигация в пространството. Защо?

За да се определи разстоянието на космически кораб от Земята, навигаторите изпращат сигнал до него, който след това се връща на Земята. Времето, което е нужно за сигнала да направи това двупосочно пътуване, разкрива разстоянието до космическия кораб от Земята, защото сигналът се движи с определена скорост и това е скоростта на светлината.

Чрез изпращане на множество сигнали и извършване на много измервания във времето, навигаторите могат да изчислят траекторията на космическия кораб - къде се намира и къде се насочва.

Повечето съвременни часовници, от обикновените часовници до тези, използвани на сателитите, измерват времето с помощта на кварцов осцилатор. Тези устройства използват това, че кварцовите кристали вибрират с точна честота, когато към тях се приложи напрежение. Вибрациите на кристала действат като махалото на старите часовници.

За да знаят позицията на космическия кораб с точност един метър, навигаторите се нуждаят от часовници с прецизна времева резолюция - часовници, които могат да измерват милиардни от секундата.

Навигаторите се нуждаят и от часовници, които са изключително стабилни. "Стабилността" е свързана с това, колко пъти последователно часовникът може измери единица време, а нужно е също и отмерването му на дължината например на секундата да е едно и също по-дълго време.

Какво общо имат атомите с часовниците?

За стандартите за космическата навигация кварцовите часовници не са много стабилни. Само след час, дори и най-добрите кварцови осцилатори могат да изостанат с една наносекунда (една милиардна част от секундата). След шест седмици отклонението им може да нарастне до пълна милисекунда (една хилядна част от секундата) или грешка при измерване на разстоянията от 300 км. Това би имало огромно влияние върху измерването на позицията на бързо движещ се космически кораб.

Атомните часовници комбинират кварцов осцилатор с група атоми от определен химически елемент за постигане на по-голяма стабилност. Атомният часовник на НАСА ще се отклонява с по-малко от наносекунда за четири дни и по-малко от една микросекунда (една милионна част от секундата) за 10 години. Това се равнява на неточност само една секунда на всеки 10 милиона години.

Атомите са съставени от ядро ​​(състоящо се от протони и неутрони), заобиколени от електрони. Всеки елемент на периодичната таблица представлява атом с определен брой протони в своето ядро. Броят на електроните, които се носят около ядрото, може да варира, но те трябва да заемат дискретни (точно определени) енергийни нива или орбити.

Един прилив на енергия под формата на микровълни например може да накара електроните да се издигнат до по-висока орбита около ядрото. За да направи този скок, електронът трябва да получи точно необходимото количество енергия, което означава, че микровълните трябва да имат точно определена честота.

Енергията, необходима за промяна на орбитите на електроните, е уникална за всеки елемент и е една и съща в цялата Вселена за всички атоми на даден елемент. Атомният часовник на дълбокия космос (Deep Space Atomic Clock) на НАСА използва атоми на живак - необходима е определена честота, за да се накарат тези електрони да променят нивата си и тази честота ще бъде еднаква и неизменна за всички живачни атоми.

Това, че енергийната разлика между тези орбити има толкова прецизна и стабилна стойност, е причината, поради която атомните часовници са много по-точни от механичните. 

Възможността да се измери тази неизменяема честота в даден атом предоставя на науката универсален, стандартизиран начин за измерване на времето. ("Честотата" се отнася до броя на вълните, които преминават определена точка в пространството за единица време. Така че, чрез преброяване на вълните е възможно да се измерва времето.) Всъщност официалната мярка на дължината на секунда се определя от честотата, необходима за преминаването на електроните между две специфични енергийни нива в атом на цезий.

В атомния часовник честотата на кварцовия осцилатор се трансформира в честота, която се прилага към група атоми. Ако произведената честота е точна, това ще накара много електрони в атомите да променят енергийните си нива. Ако честотата е неточна, много по-малко електрони ще прескочат в по-горно ниво. Това ще определи дали кварцовият осцилатор е извън честотата и с колко. "Корекцията", определена от атомите, може да бъде приложена към кварцовия осцилатор, за да го насочи обратно към правилната честота. Този тип корекция се изчислява и се прилага към кварцовия осцилатор на всеки няколко секунди в атомния часовник Deep Space.

Точността на атомния часовник зависи от два фактора. Първият фактор е температурата на атомите на пробата - по-студените атоми се движат много по-бавно, позволявайки измерването на по-дълги времеви интервали. Вторият фактор е честотата и ширината на спектралната област, при която се извършват преходи на електроните между две състояния. Колкото е по-тясна тази област и колкото са по-високи честотите, толкова е по-точен атомният часовник.


Препоръчани материали

Няма коментари към тази новина !

 
Още от : Новини
Всички текстове и изображения публикувани в OffNews.bg са собственост на "Офф Медия" АД и са под закрила на "Закона за авторското право и сродните им права". Използването и публикуването на част или цялото съдържание на сайта без разрешение на "Офф Медия" АД е забранено.