सर्वात अचूक आण्विक घड्याळ का आहे? आण्विक घड्याळ: उपग्रह आणि नेव्हिगेशन प्रणाली मोजण्यासाठी डिव्हाइस.

गेल्या, 2012 मध्ये, जेव्हा मानवतेने वेळोवेळी जास्तीत जास्त अचूक मापनसाठी आण्विक वेळेचा वापर करण्याचा निर्णय घेतला तेव्हा पन्नास वर्षे चालू होतात. 1 9 67 मध्ये, आंतरराष्ट्रीय स्तरावर कालांतराने खगोलोमिकल स्केलद्वारे निर्धारित केले गेले - वारंवारतेचे सेझियम मानक त्यांना पुनर्स्थित केले. तो आता लोकप्रिय नाव - परमाणु घड्याळ. तीन दशलक्ष वर्षांसाठी एका सेकंदात एक वेगळ्या त्रुटी असल्याचे त्यांना अनुमती देणारी अचूक वेळ आहे, ज्यामुळे त्यांना जगाच्या कोणत्याही कोपर्यात वेळ मानक म्हणून वापरण्याची परवानगी देते.

थोडा इतिहास

अत्याधुनिक मोजमापासाठी अणूंचे ओझे वापरण्याची ही कल्पना प्रथम 187 9 मध्ये ब्रिटिश भौतिकशास्त्रज्ञ विलियम थॉमसन यांनी व्यक्त केली. रेझोनेटर अणूंच्या रेडिएटर्सच्या भूमिकेत, या शास्त्रज्ञाने हायड्रोजन लागू करण्याची ऑफर दिली. अभ्यासाची कल्पना केवळ 40 च्या दशकातच लक्षात ठेवली गेली. विसाव्या शतकाच्या. आणि जगातील पहिले काम करणारे आण्विक घड्याळ यूकेमध्ये 1 9 55 मध्ये दिसून आले. ब्रिटीश भौतिकशास्त्रज्ञ प्रयोगकर्ता डॉ लुईस एसेन होता. हे घड्या हे सेसिअम -133 अणूंच्या ओसीलन्सच्या आधारावर कार्यरत होते आणि त्यांच्याबद्दल धन्यवाद, शास्त्रज्ञांनी आधीपेक्षा जास्त अचूकतेसह वेळ मोजण्यासाठी सक्षम केले होते. एसेनच्या पहिल्या उपकरणाने प्रत्येक शंभर वर्षांपासून एक सेकंदापेक्षा जास्त त्रुटी अनुमती दिली, परंतु त्यानंतर एका सेकंदात अनेक वेळा वाढ झाली आहे आणि केवळ 2-3 सौ दशलक्ष वर्षांमध्ये वाढू शकते.

आण्विक घड्याळ: ऑपरेशनचे सिद्धांत

हे स्वच्छ मुक्त "डिव्हाइस" कसे कार्य करते? रेणूच्या घड्याळांमुळे अणूंच्या घड्याळात रेणू किंवा परमाणु वापरल्या जातात. अनेक स्वतंत्र ऊर्जा पातळीसह "परमाणु कोर - इलेक्ट्रॉन" सिस्टमचे कनेक्शन सेट करते. जर ही प्रणाली कठोरपणे निर्दिष्ट वारंवारतेमुळे प्रभावित होईल, तर या प्रणालीची कमी पातळीवरुन एक संक्रमण होईल. उलट प्रक्रिया देखील शक्य आहे: एक उच्च पातळी असलेल्या अणूंचे संक्रमण ऊर्जा उत्सर्जनासह. या घटनेचे निरीक्षण केले जाऊ शकते आणि सर्व ऊर्जा रेसिंगचे निराकरण केले जाऊ शकते, ऑसोसीलेटिंग सर्किटसारखे काहीतरी तयार करणे (त्याला परमाणु ओसीलेटर देखील म्हटले जाते). अणूंच्या संक्रमणाच्या शेजारच्या स्तरांमध्ये त्याचे पुनरुत्थानात्मक वारंवारता तात्काळ विभाजीत विभाजित होते.

अशा ओसीलेटर सर्किटमध्ये यांत्रिक आणि खगोलशास्त्रीय पूर्ववर्ती तुलनेत निर्विवाद फायदे आहेत. अशा एका परमाणु oscillator साठी, कोणत्याही पदार्थाच्या अणूंची पुनरुत्पादन वारंवार असेल, जे पेंडुलम आणि पायजोक्रिस्टलबद्दल सांगता येत नाही. याव्यतिरिक्त, अणू त्यांच्या गुणधर्मांच्या वेळेस बदलत नाहीत आणि बाहेर पडत नाहीत. म्हणून, आण्विक तास अत्यंत अचूक आणि अनंतकाळच्या क्रोनोमीटर असतात.

वर्तमान वेळ आणि आधुनिक तंत्रज्ञान

टेलिकम्युनिकेशन नेटवर्क, उपग्रह संप्रेषणे, जीपीएस, एनटीपी सर्व्हर, स्टॉक एक्सचेंज, इंटरनेट लिलाव, इंटरनेटद्वारे तिकिटांचे तिकीट - या सर्व आणि इतर बर्याच घटनांनी आपल्या आयुष्यात जोरदारपणे प्रवेश केला आहे. परंतु जर माणुसकीने अणु तासांचा शोध लावला नाही तर ते सोपे होणार नाही. अचूक वेळ, सिंक्रोनाइझेशन यासह आपल्याला कोणत्याही त्रुटी, विलंब आणि उशीरा कमी करण्याची परवानगी देते, अशा व्यक्तीस हे अमूल्य अपरिवर्तनीय संसाधन वापरणे शक्य तितके शक्य करते, जे कधीही जास्त नाही.

आण्विक तास

आपण त्यांच्या अल्पकालीन स्थिरतेच्या दृष्टिकोनातून क्वार्ट्ज घड्याळाच्या अचूकतेचे मूल्यांकन केल्यास, हे असे म्हटले पाहिजे की हे अचूकता पेंडुलमच्या तुलनेत लक्षणीय जास्त आहे, तथापि, दीर्घ मोजमापांसह, उच्च स्थिरता ओळखते. क्वार्ट्जमध्ये तासांमध्ये, टर्नची अनियमितता क्वार्ट्जच्या अंतर्गत संरचनेच्या बदलांमुळे आणि इलेक्ट्रॉनिक सिस्टमची अस्थिरता बदलते.

वारंवारता स्थिरतेचे उल्लंघनाचे मुख्य स्त्रोत म्हणजे ओसीलेटर वारंवारता समक्रमित करणे क्वार्ट्झ क्रिस्टलचे वय आहे. हे खरे आहे की, मोजमापाने दर्शविले की क्रिस्टलच्या वृद्धत्वामुळे वारंवारता वाढते, मोठ्या ओसलेन्सशिवाय आणि तीक्ष्ण बदल न करता वाहते. असूनही. हे, वृद्ध होणे Quartz तासांच्या योग्य ऑपरेशनचे उल्लंघन करते आणि एक स्थिर, अपरिवर्तित वारंवारता प्रतिसाद असलेल्या ओसीलेटरसह नियमित नियंत्रणाची आवश्यकता नियंत्रित करते.

पहिल्या महायुद्धानंतर मायक्रोवेव्ह स्पेक्ट्रोस्कोपीचा वेगवान विकास केला जातो आणि योग्य स्पेक्ट्रल रेषांशी संबंधित फ्रिक्वेन्सीद्वारे वेळेच्या अचूक मोजमापांच्या क्षेत्रात नवीन वैशिष्ट्ये उघडल्या. या फ्रिक्वेन्सीज ज्यांना वारंवारता संदर्भ मानले जाऊ शकते त्यांना एक संदर्भ वेळ म्हणून क्वांटम जनरेटर वापरण्याची कल्पना झाली.

क्रोनोमेट्रीच्या इतिहासात हा एक ऐतिहासिक वळण होता कारण याचा अर्थ असा आहे की पूर्वीच्या सक्रिय खगोलीय युनिटची वेळ एक नवीन क्वांटम युनिट आहे. वेळेच्या या नवीन युनिटला काही विशिष्ट निवडलेल्या पदार्थांच्या रेणूंच्या ऊर्जा स्तरांमधील अचूक विशिष्ट संक्रमणांचा कालावधी म्हणून ओळखला गेला. पहिल्या पोस्टवर या समस्येच्या सखोल अभ्यासानंतर, द्रव अमोनियामध्ये अतिशय कमी दाब्यांमधील मायक्रोवेव्ह ऊर्जा नियंत्रित शोषणाच्या तत्त्वावर ऑपरेट करणे शक्य होते. तथापि, शोषण घटकासह सुसज्ज एक साधन असलेले पहिले प्रयोग अपेक्षित परिणाम देत नाहीत, कारण रेणूंच्या परस्पर टकरावमुळे झालेल्या शोषणाच्या रेषेमुळे ते क्वांटम संक्रमणाची वारंवारता निर्धारित करणे कठीण झाले. फक्त यूएसएसआर ए.एम. मध्ये विनामूल्य फ्लाइंग अमोनिया रेणूंच्या संकीर्ण बीमच्या पद्धतीद्वारेच प्रोकोरोव्ह आणि एनजीजी Basov, आणि यूएस कोलंबिया युनिव्हर्सिटी पासून towaws मध्ये रेणूंच्या परस्पर टकरावची शक्यता कमी करते आणि स्पेक्ट्रल लाइनच्या विस्तारास जवळजवळ कमी करते. या परिस्थितीत अमोनिया रेणू आधीच आणीमी जनरेटरची भूमिका बजावू शकतात. अफ्रॉसच्या संकीर्ण बंडल, व्हॅक्यूम स्पेसमध्ये नोजलमधून धक्का बसला, एक नॉन-युनिफॉर्म इलेक्ट्रोस्टॅटिक फील्डद्वारे जातो ज्यामध्ये रेणू वेगळे होतात. उच्च क्वांटम अवस्थेत रेणू कॉन्फिगर केलेल्या रेझोनिटरवर पाठविण्यात आले होते, जेथे ते इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक ऊर्जा 23,870,128,825 एचझेडच्या सतत वारंवारतेसह उत्सर्जित करतात. या वारंवारतेच्या तुलनेत परमाणु घड्याळ योजनेमध्ये समाविष्ट क्वार्ट्ज ऑस्किलेटरच्या वारंवारतेच्या तुलनेत. या तत्त्वात, प्रथम क्वांटम जनरेटर बांधण्यात आला - अमोनिया मासर (रेडिओटिव्ह उत्सर्जन द्वारे मायक्रोवेव्ह अॅम्प्लिफिकेशन).

एनजीजी Basov, ए.एम. 1 9 64 मध्ये भौतिकशास्त्रातील नोबेल पारितोषिकाद्वारे 1 9 64 मध्ये प्रोकोरोव्ह आणि शहरे मिळाली.

स्वित्झर्लंड, जपान, जर्मनी, ग्रेट ब्रिटन, फ्रान्सचे शास्त्रज्ञ, आणि कमीतकमी, चेकोस्लोवाकिया देखील अमोनिया मास्टर्सच्या वारंवारतेच्या स्थिरतेचा अभ्यास करीत होते. 1 9 68-19 7 9 च्या कालावधीत. केझचोस्लोव्हक ऑफ सायन्सेस ऑफ रेडिओ अभियांत्रिकी आणि इलेक्ट्रॉनिक्सच्या इन्स्टिट्यूटमध्ये अनेक अमोनिया मास्टर्सची चाचणी घेण्यात आली आहे, ज्याने चेकोस्लोव्हक उत्पादनाच्या अणुच्या घड्याळात अचूक वेळ साठविण्यासाठी वारंवारता मानकांची भूमिका केली. त्यांनी 10-10 च्या वारंवारतेची स्थिरता प्राप्त केली, जी एका सेकंदाच्या 20 दशलक्ष भागांत स्ट्रोकच्या दैनंदिन बदलांशी संबंधित आहे.

सध्या, परमाणु वारंवारता आणि वेळ मानक प्रामुख्याने दोन मुख्य उद्दिष्टांसाठी असतात - वेळ आणि कॅलिब्रेशनसाठी आणि मुख्य वारंवारता मानकांचे परीक्षण करण्यासाठी. दोन्ही प्रकरणांमध्ये, ते आण्विक मानकांच्या वारंवारतेसह क्वार्टझ घड्याळ जनरेटरची वारंवारिता तुलना करतात.

वेळ मोजताना, परमाणु मानकांचे वारंवारता आणि क्रिस्टलीय घड्याळाची वारंवारिता नियमितपणे तुलना केली जाते आणि ओळखलेल्या विचलनाने रेखीय इंटरपोलाशन आणि सरासरी वेळ सुधारणे निर्धारित केले. खरे वेळ नंतर क्वार्टझ घड्याळाच्या वाचन आणि या सरासरी वेळेच्या दुरुस्तीच्या यादीतून प्राप्त होतो. या प्रकरणात, इंटरपोलेशनच्या परिणामी उद्भवलेल्या त्रुटीमुळे क्वार्टझ घड्याळांच्या क्रिस्टलच्या वृद्धीच्या स्वरुपाद्वारे निर्धारित केले जाते.

संपूर्ण हजार वर्षांपासून केवळ 1 एसच्या समान अॅटोमिक मानकांसह प्राप्त झालेल्या अपवादात्मक परिणाम, 1 9 67 मध्ये पॅरिसमध्ये आयोजित केलेल्या उपाययोजनांवर तेराव्या सामान्य परिषदेचे कारण होते, एक नवीन व्याख्या आहे. वेळेची एकक देण्यात आली - आण्विक सेकंद, जे आता सेसिअम -133 अणूचे रेडिएशनचे 9 1 9 2 631,770 ऑस्किलेशनचे परिभाषित केले गेले होते.

आम्ही वर दर्शविल्याप्रमाणे, क्वार्ट्ज क्रिस्टल वृद्धत्व असताना, क्वार्ट्ज ऑस्कीलिटरच्या ओसीलेशनची वारंवारता हळूहळू वाढत आहे आणि क्वार्ट्ज आणि परमाणु ओसीलेटरच्या फ्रिक्वेन्सी सतत वाढते. क्रिस्टलचे वृद्धिंग वक्र योग्य असल्यास, काही दिवसात अंतराने कमीतकमी क्वार्ट्झ ऑसीलेशन समायोजित करणे पुरेसे आहे. अशा प्रकारे, परमाणु occillator सतत क्वार्टझ घड्याळ प्रणालीशी संवाद साधता येत नाही, जे खूप फायदेशीर आहे कारण मोजणी प्रणालीमध्ये व्यत्यय आणण्याच्या प्रभावांचा प्रवेश मर्यादित आहे.

1 9 58 मध्ये ब्रसेल्समधील जागतिक प्रदर्शनात दोन अमोनियम आण्विक ऑसिलेटरसह स्विस आण्विक घड्याळ, दररोज एक शंभर सेकंदात अचूकता पोहोचली, जो अचूक पेंडुलमचे तास हजारो वेळा अचूक आहे. या अचूकतेमुळे पृथ्वीच्या अक्ष्याच्या घनतेच्या वेगाने नियमित कालावधीचा अभ्यास करण्याची आपल्याला परवानगी आहे. अंजीर मध्ये वेळापत्रक. 3 9, जो क्रोनोमेट्रिक डिव्हाइसेसच्या ऐतिहासिक विकास आणि वेळेच्या मोजमाप पद्धतींमध्ये सुधारणा करतो, असे दर्शविते की काही शतकांमध्ये मोजण्याचे अचूकपणात किती चमत्कारिक मार्ग वाढतो. गेल्या 300 वर्षांपासूनच, ही अचूकता 100,000 पेक्षा जास्त वेळा वाढली आहे.

अंजीर 3 9. 1 9 30 ते 1 9 50 पर्यंत क्रोनोमेट्रिक डिव्हाइसेसच्या अभ्यासक्रमाची अचूकता

केमिस्ट रॉबर्ट विल्हेल्म बुन्सन (1811-18 99) प्रथम सेसिअम, अणू, योग्यरित्या निवडलेल्या परिस्थितीसह, 9 1 9 2 मेगाहर्ट्झच्या वारंवारतेसह इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक विकिरण शोषून घेऊ शकतात. या मालमत्तेला शेरवुड आणि एमसी Kraken वापरले प्रथम सेसिअम बीम रेझोनिएटर तयार केले. परीक्षेत वारंवारता आणि वेळ मोजण्यासाठी सेझियम रेझोनिटरचा व्यावहारिक वापर या एल. एसेन नंतर इंग्लंडमधील राष्ट्रीय भौतिक प्रयोगशाळेत कार्यरत आहे. खगोलशास्त्रीय गटाच्या सहकार्याने "युनायटेड स्टॅट्स नीवोल वेधशाळा" 1 9 55-19 58 मध्ये. सेसिअम क्वांटम कॉन्फिगरेशनची वारंवारता 9, 1 9 2,631,770 हर्ट्ज आणि इफेराइड दुसर्या अभिनय दृढनिश्चितीने संबद्ध आहे, जे वर वर्णन केल्याप्रमाणे बरेच नंतर, वेळेच्या एक युनिटच्या नव्या परिभाषाची स्थापना झाली. खालील सेझियम रेझोनटर्स कॅनडाच्या नॅशनल रिसर्च कौन्सिलमध्ये, नउन्स आणि इतरांमध्ये प्रयोगशाळेच्या "सिसोन डी रेहर्च चे होलॉझझझ" मध्ये. 1 9 56 मध्ये प्रथम व्यावसायिक प्रकारचे औद्योगिक प्रकारचे औद्योगिक प्रकारचे औद्योगिक प्रकारचे औद्योगिक प्रकारचे बाजारपेठेत 'एटोमिच्रॉन' अमेरिकन फर्म "एनएक्सएनएल कंपनी मॅसॅच्युसेट्समध्ये" वेल्डेन ".

परमाणु तासांची जटिलता याचा अर्थ असा आहे की आण्विक ऑसीलेटरचा वापर केवळ मोठ्या मोजणी यंत्राद्वारे केल्या गेलेल्या वेळेच्या प्रयोगशाळेच्या मोजमापाच्या क्षेत्रातच शक्य आहे. खरं तर, ते अलीकडे पर्यंत होते. तथापि, या क्षेत्रात miniaturization penetrated. सुप्रसिद्ध जपानी कंपनी "फायद-हत्तोरी", जे कॉम्प्लेक्स, क्रोनोग्राफ तयार करते, क्रिस्टलीय ऑसिलेटरसह क्रोनोग्राफ तयार करते, कंपनीच्या सहकार्याने पुन्हा प्रथम कलाकार आण्विक घड्याळ प्रस्तावित करतात. "मकर-डंनेल डग्लस गॅलोटिक्स" ही कंपनी एक लघुपट इंधन पेशी देखील तयार करते, जी उल्लेख केलेल्या तासांसाठी ऊर्जा स्त्रोत आहे. या घटक आकार 13 मध्ये विद्युतीय ऊर्जा? 6.4 मिमी रेडिओसोटो प्रोमेथई -147 तयार करते; या घटकाचे सेवा पाच वर्षे आहे. टॅन्टलम आणि स्टेनलेस स्टीलच्या घड्याळाचे घर वातावरणात उत्सर्जित घटकांच्या बीटा किरणांविरुद्ध पुरेसे संरक्षण आहे.

खगोलशास्त्रीय मोजमाप, स्पेसमधील ग्रहांच्या चळवळीचा अभ्यास आणि विविध रेडिओ खगोलशास्त्र अभ्यासाचा अभ्यास अचूक वेळ न घेता आता खर्च होत नाही. अचूकता, अशा प्रकरणांमध्ये क्वार्ट्ज किंवा परमाणु घड्याळांमधून आवश्यक आहे, एका सेकंदाच्या दशलक्षांश भागांत चढ-उतार होतात. वेळेच्या माहितीच्या वाढत्या अचूकतेसह, घड्याळाचे सिंक्रोनाइझेशनची समस्या वाढली आहे. एकदा लहान आणि लांब लाटांवर सर्व वेळ-प्रेषित वेळ प्रसार पूर्णपणे समाधानकारकपणे पूर्ण झाले नाही. असंतोषजनक आहे.

संभाव्य उपायांपैकी एक - सहायक घड्याळाच्या वाहतूक तुलनात्मक मापांच्या ठिकाणी - इलेक्ट्रॉनिक घटकांचे लघुपट दिले. 60 च्या दशकाच्या सुरुवातीस, विशेष क्वार्ट्ज आणि आण्विक घड्याळ बांधण्यात आले, जे विमानावर वाहून नेले जाऊ शकते. ते खगोलशास्त्रीय प्रयोगशाळेच्या दरम्यान वाहू शकले, आणि त्याचवेळी त्यांनी एका सेकंदाच्या एक दशलक्ष डॉलर्सची अचूकता असलेल्या वेळेबद्दल माहिती दिली. उदाहरणार्थ, 1 9 67 मध्ये, कॅलिफोर्निया कंपनी हेव्लेट-पॅककार्डने केलेल्या लघुपट सेझियम घडामोडींचे आंतरक्रियिक वाहतूक, हे डिव्हाइस जगातील 53 प्रयोगशाळेत गेले (ते चेक प्रजासत्ताकही) आणि त्याच्या मदतीने स्थानिक घड्याळाद्वारे सिंक्रोनाइझ केले गेले 0.1 μs (0.0000001 सी) च्या अचूकतेसह.

मायक्रोसेकंड वेळेची तुलना, आपण संप्रेषण उपग्रहांचा वापर करू शकता. 1 9 62 मध्ये, ही पद्धत युनायटेड किंगडम आणि युनायटेड स्टेट्स ऑफ अमेरिका द्वारे टेलीस्टेड उपग्रह माध्यमातून सिग्नल प्रसार करून वापरली होती. कमी खर्चात जास्त अनुकूल परिणाम, तथापि, दूरदर्शन उपकरणांचा वापर करून सिग्नलचे प्रसारण.

टेलिव्हिजन डाळी वापरुन अचूक वेळ आणि वारंवारता प्रसारित करण्याची ही पद्धत Czechoslovak वैज्ञानिक संस्थांमध्ये विकसित आणि विकसित करण्यात आली होती. येथे माहितीचे सहायक वाहक येथे व्हिडिओ डाळी समक्रमित करीत आहेत जे दूरदर्शन कार्यक्रमाच्या प्रसारणाचे उल्लंघन करीत नाहीत. त्याच वेळी, दूरदर्शन सिग्नलमध्ये कोणतेही अतिरिक्त आवेग प्रविष्ट करण्याची आवश्यकता नाही.

या पद्धतीने वापरण्याची स्थिती ही तुलनेनेच्या ठिकाणी त्याच टेलिव्हिजन प्रोग्राम प्राप्त करण्याची शक्यता आहे. यांची तुलना अनेक मिलिसकंद अचूकतेसाठी पूर्व-समायोज्य आहेत आणि त्याच वेळी मापन सर्व मोजमापांवर मोजले जाणे आवश्यक आहे. याव्यतिरिक्त, वेळ फरक जाणून घेणे आवश्यक आहे, जे एकत्रित स्त्रोतांमधून समक्रमित डाळी संक्रमित करणे आवश्यक आहे, जे तुलनेत टेलिव्हिजन सिंक्रोनाइझर आहे, जे तुलनेनेचे स्थान प्राप्त करण्यासाठी.