Mengapa jam atom paling tepat? Jam atom: alat untuk mengukur masa sistem satelit dan navigasi.
Pada masa lalu, 2012, empat puluh lima tahun telah berlalu sejak saat manusia memutuskan untuk menggunakan penentuan masa atom untuk mengukur waktu seakurat mungkin. Pada tahun 1967, kategori waktu Antarabangsa tidak lagi ditentukan oleh skala astronomi - ia digantikan oleh standard frekuensi cesium. Dialah yang menerima nama sekarang - jam atom. Masa yang tepat yang mereka tetapkan mempunyai kesilapan yang dapat diabaikan satu saat dalam tiga juta tahun, yang memungkinkan mereka digunakan sebagai piawai waktu di mana saja di dunia.
Sedikit sejarah
Idea menggunakan getaran atom untuk pengukuran masa yang tepat tepat pertama kali dicadangkan pada tahun 1879 oleh ahli fizik Britain William Thomson. Dalam peranan pemancar atom-resonator, saintis ini mencadangkan penggunaan hidrogen. Percubaan pertama untuk menerapkan idea itu hanya dilakukan pada tahun 40-an. abad kedua puluh. Dan jam atom pertama di dunia muncul pada tahun 1955 di Great Britain. Mereka dicipta oleh ahli fizik eksperimen Britain Dr. Louis Essen. Jam ini berfungsi berdasarkan getaran atom cesium-133 dan terima kasih kepada mereka saintis akhirnya dapat mengukur masa dengan ketepatan yang jauh lebih besar daripada sebelumnya. Instrumen pertama Essen membenarkan kesalahan tidak lebih dari satu detik untuk setiap ratus tahun, tetapi kemudiannya ia meningkat berkali-kali dan ralat sesaat hanya dapat berjalan lebih dari 2-3 ratus juta tahun.
Jam atom: bagaimana ia berfungsi
Bagaimana "peranti" pintar ini berfungsi? Sebagai penjana frekuensi resonan, jam atom menggunakan molekul atau atom pada tahap kuantum. menjalin hubungan antara sistem "nukleus atom - elektron" dengan beberapa tahap tenaga diskrit. Sekiranya sistem sedemikian dipengaruhi dengan frekuensi yang ditentukan secara ketat, maka sistem ini akan beralih dari tahap rendah ke tahap tinggi. Proses terbalik juga mungkin dilakukan: peralihan atom dari tahap yang lebih tinggi ke tahap yang lebih rendah, disertai dengan pelepasan tenaga. Fenomena ini dapat dikawal dan direkodkan semua lompatan tenaga, mewujudkan sesuatu seperti litar berayun (ia juga disebut pengayun atom). Frekuensi resonansnya akan sesuai dengan perbezaan tenaga antara tahap peralihan atom yang berjiran, dibahagi dengan pemalar Planck.
Litar pengayun seperti itu mempunyai kelebihan yang tidak dapat disangkal jika dibandingkan dengan pendahulunya mekanikal dan astronomi. Untuk satu pengayun atom seperti itu, frekuensi resonan atom zat apa pun akan sama, yang tidak dapat dikatakan mengenai bandul dan kristal piezo. Selain itu, atom tidak mengubah sifatnya dari masa ke masa dan tidak habis. Oleh itu, jam atom sangat tepat dan hampir sama dengan kronometer.
Masa yang tepat dan teknologi moden
Rangkaian telekomunikasi, komunikasi satelit, GPS, pelayan NTP, urus niaga elektronik di bursa saham, lelongan dalam talian, prosedur untuk membeli tiket melalui Internet - semua ini dan banyak fenomena lain telah lama wujud dalam kehidupan kita. Tetapi jika manusia tidak mencipta jam atom, semua ini tidak akan berlaku. Masa yang tepat, penyegerakan yang membolehkan anda meminimumkan sebarang kesilapan, kelewatan dan kelewatan, membolehkan seseorang memanfaatkan sepenuhnya sumber daya yang tidak dapat diganti ini, yang tidak pernah terlalu banyak.
Jam atom
Sekiranya kita menilai ketepatan jam tangan kuarza dari sudut kestabilan jangka pendeknya, maka mesti dikatakan bahawa ketepatan ini jauh lebih tinggi daripada jam pendulum, yang, bagaimanapun, semasa pengukuran jangka panjang, menunjukkan kestabilan pergerakan yang lebih tinggi. Dalam jam tangan kuarza, penyelewengan disebabkan oleh perubahan struktur dalaman kuarza dan ketidakstabilan sistem elektronik.
Punca utama gangguan dalam kestabilan frekuensi adalah penuaan kristal kuarza yang menyegerakkan frekuensi pengayun. Benar, pengukuran telah menunjukkan bahawa penuaan kristal, disertai dengan peningkatan frekuensi, berlaku tanpa turun naik yang besar dan perubahan mendadak. Walaupun. penuaan ini mengganggu operasi jam tangan kuarza yang betul dan menentukan perlunya pemantauan berkala oleh peranti lain dengan pengayun yang mempunyai tindak balas frekuensi tetap dan stabil.
Perkembangan spektroskopi gelombang mikro yang pesat setelah Perang Dunia Kedua membuka kemungkinan baru untuk pengukuran masa yang tepat dengan frekuensi yang sesuai dengan garis spektrum yang sesuai. Frekuensi ini, yang dapat dianggap sebagai standard frekuensi, menyebabkan ide menggunakan penjana kuantum sebagai piawai waktu.
Keputusan ini merupakan giliran bersejarah dalam sejarah kronometri, kerana ini bermaksud menggantikan unit masa astronomi yang ada sebelumnya dengan unit waktu kuantum yang baru. Unit waktu baru ini diperkenalkan sebagai masa penyinaran peralihan yang ditentukan dengan tepat antara tahap tenaga molekul dari beberapa bahan yang dipilih secara khusus. Setelah kajian intensif mengenai masalah ini pada tahun-tahun pertama perang, adalah mungkin untuk membina alat yang beroperasi berdasarkan prinsip penyerapan tenaga gelombang mikro terkawal dalam ammonia cair pada tekanan yang sangat rendah. Walau bagaimanapun, eksperimen pertama dengan peranti yang dilengkapi dengan elemen penyerapan tidak memberikan hasil yang diharapkan, kerana pelebaran garis penyerapan yang disebabkan oleh saling perlanggaran molekul menjadikannya sukar untuk menentukan frekuensi peralihan kuantum itu sendiri. Hanya dengan kaedah pancaran sempit molekul amonia terbang bebas di USSR A.M. Prokhorov dan N.G. Basov, dan di Amerika Syarikat Townes dari Columbia University dapat mengurangkan kemungkinan berlakunya saling perlanggaran molekul dan secara praktikal menghilangkan pelebaran garis spektrum. Dalam keadaan ini, molekul ammonia sudah dapat memainkan peranan sebagai penjana atom. Seberkas molekul sempit, yang masuk melalui muncung ke ruang vakum, melewati medan elektrostatik yang tidak homogen, di mana molekul dipisahkan. Molekul dalam keadaan kuantum lebih tinggi dihantar ke resonator yang diselaraskan, di mana mereka memancarkan tenaga elektromagnetik dengan frekuensi tetap 23,870,128,825 Hz. Kekerapan ini kemudian dibandingkan dengan frekuensi pengayun kuarza dalam litar jam atom. Prinsip ini digunakan untuk membangun penjana kuantum pertama - maser amonia (Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation).
N.G. Basov, A.M. Prokhorov dan Townes menerima Hadiah Nobel dalam Fizik pada tahun 1964 untuk karya ini.
Para saintis dari Switzerland, Jepun, Jerman, Britain, Perancis dan, terakhir, Czechoslovakia juga mengkaji kestabilan frekuensi maser amonia. Dalam tempoh 1968-1979. Di Institut Kejuruteraan Radio dan Elektronik Akademi Sains Czechoslovakia, beberapa maser amonia dibina dan dimasukkan ke dalam operasi percubaan, yang berfungsi sebagai standard frekuensi untuk menyimpan waktu yang tepat dalam jam atom yang dibuat di Czechoslovakia. Mereka mencapai kestabilan frekuensi dari 10-10, yang sesuai dengan variasi harian dalam 20 ppm sesaat.
Pada masa ini, standard frekuensi dan masa atom digunakan terutamanya untuk dua tujuan utama - untuk mengukur masa dan untuk menentukur dan mengawal standard frekuensi asas. Dalam kedua kes tersebut, frekuensi penjana jam kuarza dibandingkan dengan frekuensi piawai atom.
Semasa mengukur masa, frekuensi piawai atom dan frekuensi penjana jam kristal dibandingkan secara berkala, dan penyimpangan yang dikesan digunakan untuk menentukan interpolasi linear dan pembetulan masa purata. Waktu yang tepat kemudian diperoleh dari jumlah bacaan jam kuarza dan pembetulan masa purata ini. Dalam kes ini, kesalahan yang timbul dari interpolasi ditentukan oleh sifat penuaan kristal jam tangan kuarza.
Hasil luar biasa yang dicapai dengan piawaian masa atom, dengan kesalahan hanya 1 s dalam seribu tahun, adalah sebab bahawa Persidangan Umum Ketiga Belas mengenai Berat dan Ukuran, yang diadakan di Paris pada bulan Oktober 1967, mentakrifkan semula unit masa - atom kedua, yang kini ditakrifkan sebagai 9 192 631 770 ayunan sinaran atom cesium-133.
Seperti yang kami nyatakan di atas, dengan penuaan kristal kuarza, frekuensi ayunan osilator kuarza secara beransur-ansur meningkat dan perbezaan antara frekuensi pengayun kuarza dan atom meningkat secara berterusan. Sekiranya lengkung penuaan kristal betul, maka cukup untuk membetulkan getaran kuarza hanya secara berkala, sekurang-kurangnya selang beberapa hari. Oleh itu, pengayun atom mungkin tidak tersambung secara kekal ke sistem jam kuarza, yang sangat bermanfaat, kerana penembusan pengaruh yang mengganggu ke dalam sistem pengukuran adalah terhad.
Jam atom Swiss dengan dua pengayun molekul amonia, yang ditunjukkan pada Pameran Dunia di Brussels pada tahun 1958, mencapai ketepatan seratus ribu detik setiap hari, yang melebihi ketepatan jam pendulum tepat sekitar seribu kali. Ketepatan ini telah memungkinkan untuk mengkaji ketidakstabilan berkala kelajuan putaran paksi bumi. Grafik dalam Rajah. 39, yang, seperti dulu, gambaran sejarah perkembangan peranti kronometrik dan peningkatan kaedah untuk mengukur masa, menunjukkan bagaimana ketepatan pengukuran masa hampir meningkat secara ajaib selama beberapa abad. Dalam 300 tahun kebelakangan ini, ketepatan ini telah meningkat lebih daripada 100,000 kali.
Gambar: 39. Ketepatan instrumen kronometrik dalam tempoh 1930 hingga 1950
Ahli kimia Robert Wilhelm Bunsen (1811-1899) adalah yang pertama menemui cesium, yang atomnya, dalam keadaan yang dipilih dengan betul, mampu menyerap sinaran elektromagnetik dengan frekuensi sekitar 9192 MHz. Harta ini digunakan oleh Sherwood dan McCracken untuk membuat resonator rasuk cesium pertama. Penggunaan praktikal resonator cesium untuk mengukur frekuensi dan masa segera diikuti oleh L. Essen, yang bekerja di Laboratorium Fizik Nasional di England. Bekerjasama dengan kumpulan astronomi "Balai Cerap Angkatan Laut Amerika Syarikat", dia sudah berada pada tahun 1955-1958. menentukan frekuensi peralihan kuantum cesium pada 9 192 631 770 Hz dan menghubungkannya dengan definisi ephemeris saat ini yang kedua, yang kemudiannya, seperti yang ditunjukkan di atas, membawa kepada pembentukan definisi baru bagi unit masa. Resonator cesium berikut dirancang di Majlis Penyelidikan Nasional Kanada di Ottawa, di makmal Swiss de Rechers Horlojeres di Neuchâtel, dll. Jam atom industri jenis komersial pertama telah dipasarkan pada tahun 1956 dengan nama Atomichron oleh orang Amerika syarikat Syarikat Nasional Walden "di Massachusetts.
Kerumitan jam atom menunjukkan bahawa penggunaan pengayun atom hanya mungkin dilakukan di bidang pengukuran masa makmal, yang dilakukan dengan bantuan alat pengukur besar. Sebenarnya, ini berlaku sehingga baru-baru ini. Namun, miniaturisasi telah meresap ke kawasan ini juga. Syarikat Jepun yang terkenal "Seiko-Hattori", yang menghasilkan kronograf kompleks dengan pengayun kristal, menawarkan jam tangan atom pertama, sekali lagi dihasilkan dengan kerjasama syarikat Amerika "McDonnell Douglas Astronautics Company". Syarikat ini juga menghasilkan sel bahan bakar mini, yang merupakan sumber tenaga untuk jam tangan yang disebutkan. Tenaga elektrik dalam unsur ini ialah 13? 6,4 mm menghasilkan radioisotop promethium-147; jangka hayat elemen ini adalah lima tahun. Sarung tangan, yang diperbuat daripada tantalum dan keluli tahan karat, memberikan perlindungan yang mencukupi terhadap sinar beta elemen yang dipancarkan ke persekitaran.
Pengukuran astronomi, kajian pergerakan planet di angkasa, dan pelbagai penyelidikan astronomi radio tidak dapat dilakukan tanpa mengetahui waktu yang tepat. Ketepatan yang diperlukan jam tangan kuarza atau atom dalam kes sedemikian adalah dalam sepersejuta saat. Dengan semakin bertambahnya ketepatan maklumat masa yang diberikan, masalah penyegerakan jam semakin bertambah. Kaedah isyarat masa radio yang sangat memuaskan pada gelombang pendek dan panjang ternyata tidak cukup tepat untuk menyegerakkan dua instrumen kronometri yang terletak berdekatan satu sama lain dengan ketepatan lebih dari 0,001 s, dan sekarang tahap ketepatan ini sudah tidak memuaskan.
Salah satu penyelesaian yang mungkin - pengangkutan jam tambahan ke tempat pengukuran perbandingan - disediakan dengan miniaturisasi elemen elektronik. Pada awal tahun 60an, jam kuarza dan atom khas dibina yang dapat diangkut dengan pesawat. Mereka dapat diangkut antara makmal astronomi, dan pada masa yang sama mereka memberikan maklumat mengenai waktu dengan ketepatan sepersejuta saat. Jadi, sebagai contoh, ketika pada tahun 1967 pengangkutan antar benua jam cesium miniatur yang dibuat oleh syarikat California "Hewlett-Packard" ketepatan 0.1 μs (0.0000001 s).
Satelit komunikasi juga dapat digunakan untuk perbandingan waktu mikrodetik. Pada tahun 1962 Great Britain dan Amerika Syarikat menggunakan kaedah ini dengan menghantar isyarat waktu melalui satelit Telestar. Hasil yang jauh lebih baik dengan biaya yang lebih rendah, bagaimanapun, menghasilkan transmisi isyarat menggunakan teknologi televisyen.
Kaedah penghantaran masa dan frekuensi yang tepat menggunakan denyutan televisyen yang diselaraskan telah dikembangkan dan dikembangkan di institusi ilmiah Czechoslovakia. Menyelaraskan dorongan video, yang sama sekali tidak mengganggu transmisi program televisyen, adalah pembawa maklumat mengenai masa. Dalam kes ini, tidak perlu memasukkan denyutan tambahan ke dalam isyarat gambar televisyen.
Syarat untuk menggunakan kaedah ini adalah kemampuan untuk menerima program televisyen yang sama di lokasi jam tangan yang dibandingkan. Jam yang dibandingkan disesuaikan secara awal untuk ketepatan beberapa milisaat, dan pengukuran kemudian harus dilakukan di semua stesen pengukuran secara serentak. Di samping itu, perlu diketahui perbezaan waktu yang diperlukan untuk penghantaran denyutan sinkronisasi dari sumber biasa, yang merupakan penyegerak televisyen, ke penerima di lokasi jam yang dibandingkan.
Dari buku Bagaimana orang menemui tanah mereka pengarang Tomilin Anatoly NikolaevichPemecah ais nuklear generasi kedua Setelah kapal induk pemecah ais, kapal pemecah ais nuklear "Lenin", tiga lagi pemecah ais nuklear, pahlawan atom, dibina di Leningrad. Mereka dipanggil pemecah ais generasi kedua. Apa maksudnya? Mungkin, pertama sekali, semasa membuat yang baru
Dari buku Broken Sword of the Empire pengarang Kalashnikov MaximBAB 14 PENERBANGAN GELAP GANGGUAN. RUSSIAN CRUISERS - HEAVY, ATOMIC, ROCKET ... 1 Kami mencipta buku ini bukan sebagai ratapan akan kebesaran yang hilang. Walaupun kita dapat menulis puluhan halaman, menggambarkan keadaan semasa (ditulis pada tahun 1996) tentang apa yang pernah menjadi armada hebat
Dari buku Perang Dunia II oleh Beevor AnthonyBab 50 Bom Atom dan Kekalahan Jepun Mei - September 1945 Pada waktu penyerahan Jerman pada Mei 1945, tentera Jepun di China menerima perintah dari Tokyo untuk memulakan pengunduran mereka ke pantai timur. Pasukan nasionalis Chiang Kai-shek dipukul teruk semasa Jepun
pengarangSundial Tidak diragukan lagi, alat kronometri yang paling biasa adalah jam matahari, berdasarkan pergerakan Matahari yang kelihatan setiap hari dan kadang-kadang tahunan. Jam tangan seperti itu muncul tidak lebih awal daripada kesedaran seseorang mengenai hubungan antara panjang dan kedudukan bayangan dari jam tersebut
Dari buku Sejarah Ilmu Lain. Dari Aristoteles ke Newton pengarang Dmitry KalyuzhnyJam air Jam matahari adalah petunjuk masa yang mudah dan boleh dipercayai, tetapi mengalami beberapa kekurangan serius: operasinya bergantung pada cuaca dan dibatasi oleh waktu antara matahari terbit dan terbenam. Tidak ada keraguan bahawa kerana ini, para saintis mula mencari yang lain
Dari buku Sejarah Ilmu Lain. Dari Aristoteles ke Newton pengarang Dmitry KalyuzhnyJam api Selain jam suria dan air, jam api atau lilin pertama muncul dari awal abad ke-13. Ini adalah lilin nipis sepanjang satu meter dengan skala digunakan sepanjang keseluruhannya. Mereka menunjukkan waktu dengan tepat, dan pada waktu malam mereka juga menerangi kediaman gereja dan
Dari buku Sejarah Ilmu Lain. Dari Aristoteles ke Newton pengarang Dmitry KalyuzhnyJam pasir Tarikh jam pasir pertama juga tidak diketahui. Tetapi, seperti lampu minyak, tidak muncul lebih awal daripada kaca lutsinar. Diyakini bahawa di Eropah Barat mereka belajar tentang jam pasir hanya pada akhir Zaman Pertengahan; salah satu rujukan tertua untuk
Dari buku The Hunt for the Atomic Bomb: KGB Dossier # 13 676 pengarang Chikov Vladimir Matveevich3. Bagaimana mata-mata atom dilahirkan
Dari buku Sakura and the Oak (koleksi) pengarang Ovchinnikov Vsevolod VladimirovichJam tanpa tangan "Pewaris masyarakat yang telah melabur terlalu banyak dalam kerajaan; orang-orang, dikelilingi oleh sisa-sisa peninggalan yang lama, tidak dapat membawa diri untuk meninggalkan ingatan mereka tentang masa lalu dan mengubah cara hidup mereka yang sudah usang pada masa krisis. Sementara wajah
Dari buku Perang Dunia II: kesilapan, kesalahan, kerugian oleh Dayton Len20. JAM DARKNESS Mari kita menyanyikan lagu mengenai juruterbang muda, Jika tidak kerana perang, mereka akan duduk di meja sekolah. Song of 55 Squadron RAF, yang ditulis sekitar tahun 1918 pejuang Britain memenangi Pertempuran Britain, tetapi pesawat tempur menderita
Dari buku Kehidupan seharian kelas mulia di zaman kegemilangan Catherine pengarang Eliseeva Olga IgorevnaWaktu pagi Empress sendiri menyalakan perapian, menyalakan lilin dan lampu ikon dan duduk di meja tulis di pejabat bercermin - jam pertama hari itu dikhaskan untuk latihan sastera peribadinya. Setelah dia memberitahu Gribovsky bahawa, "tanpa kencing, seseorang tidak dapat melakukannya
Dari buku The Great Victory di Timur Jauh. Ogos 1945: dari Transbaikalia ke Korea [disahkan] pengarang Alexandrov Anatoly AndreevichBAB VII Serangan Atom oleh Amerika 1 Hari 25 April ternyata sangat ketara bagi kedua-dua orang yang bercakap. Setiausaha Perang Stimson telah bersedia untuk laporan ini dari awal bulan ini, tetapi kematian Presiden Roosevelt secara tiba-tiba telah mencampuradukkan jadual hubungan pegawai kanan.
Dari buku Rusia Amerika pengarang Burlak Vadim NiklasovichSelama waktu rehat, Baranov terkenal dengan keramahan dan suka mengatur kenduri. Orang Rusia, orang asli dan pelaut asing mengingatkan ini. Walaupun pada masa kelaparan untuk jajahan, dia mendapat kesempatan untuk menarik kembali tetamu undangan dan santai.
Dari buku Egypt of the Ramses pengarang Monte PierreIV. Orang Mesir membahagikan jam dalam setahun menjadi dua belas bulan, dan dengan cara yang sama membahagikan hari menjadi dua belas jam dan malam menjadi dua belas. Tidak mungkin mereka membahagi jam menjadi jangka masa yang lebih kecil. Kata "at", yang diterjemahkan sebagai "sekejap", tidak pasti
Dari buku Pengintip Terbesar di Dunia pengarang Whiton CharlesBAB 12 SPOMI ATOM Pada waktu subuh pada 16 Julai 1945, ketika Churchill, Truman, dan Stalin berkumpul di Berlin untuk Persidangan Potsdam, bom atom pertama diletupkan di Gurun Alamogordo, New Mexico. Di bukit, dua puluh batu dari letupan itu
Dari buku penjelajah Rusia - kegemilangan dan kebanggaan Rusia pengarang Glazyrin Maxim YurievichReaktor nuklear dan kristal elektronik Chilovsky Konstantin (b. 1881), jurutera Rusia, penemu. Menciptakan alat untuk mengesan kapal selam, yang digunakan secara meluas semasa Perang Dunia Pertama (1914-1918). Dianugerahkan Perintah Perancis untuk penemuannya
Sensasi melanda dunia saintifik - dari Alam Semesta kita ... masa menguap! Setakat ini, ini hanya hipotesis astrofizik Sepanyol. Tetapi kenyataan bahawa aliran masa di Bumi dan ruang angkasa berbeza telah dibuktikan oleh para saintis. Masa di bawah pengaruh graviti mengalir dengan lebih perlahan, memecut dengan jarak dari planet ini. Tugas menyegerakkan waktu terestrial dan kosmik dipenuhi oleh standard frekuensi hidrogen, yang juga disebut "jam atom".
Waktu atom pertama muncul seiring dengan kemunculan kosmonautik; jam atom muncul pada pertengahan tahun 1920-an. Sekarang jam atom telah menjadi perkara sehari-hari, kita masing-masing menggunakannya setiap hari: dengan bantuan mereka, komunikasi digital, GLONASS, kerja navigasi, dan pengangkutan.
Pemilik telefon bimbit hampir tidak memikirkan kerja kompleks di ruang yang dilakukan untuk penyegerakan waktu yang ketat, dan bagaimanapun, kita hanya bercakap tentang seperseratus saat.
Piawaian masa yang tepat disimpan di wilayah Moscow, di Institut Ilmu Pengetahuan Fizikal-Teknikal dan Radio-Teknikal. Terdapat 450 jam tangan sedemikian di dunia.
Rusia dan Amerika Syarikat adalah monopoli jam atom, tetapi di Amerika Syarikat, jam berdasarkan cesium, logam radioaktif yang sangat berbahaya bagi alam sekitar, dan di Rusia, berdasarkan hidrogen, bahan tahan lama yang lebih selamat.
Jam tangan ini tidak mempunyai dail dan tangan: kelihatan seperti tong besar yang terbuat dari logam langka dan berharga, dipenuhi dengan teknologi yang paling maju - alat dan peralatan pengukuran ketepatan tinggi dengan standard atom. Proses penciptaannya sangat panjang, kompleks dan berlaku dalam keadaan kemandulan mutlak.
Selama 4 tahun sekarang, jam yang dipasang di satelit Rusia telah mengkaji tenaga gelap. Berdasarkan standard manusia, mereka kehilangan ketepatan sebanyak 1 saat selama berjuta-juta tahun.
Tidak lama lagi, jam atom akan dipasang di Spektr-M - sebuah balai cerap ruang yang akan melihat bagaimana bintang dan eksoplanet terbentuk, melihat ke luar lubang hitam di tengah galaksi kita. Menurut saintis, kerana graviti raksasa, masa mengalir ke sini dengan perlahan sehingga hampir berhenti.
tvroscosmos
Pertama, jam digunakan oleh manusia sebagai alat kawalan masa program.
Kedua, pengukuran masa pada masa ini adalah jenis pengukuran yang paling tepat dari semua yang dilakukan: ketepatan pengukuran masa kini ditentukan oleh kesalahan yang luar biasa dari urutan 1 · 10-11%, atau 1 s dalam 300 ribu tahun.
Dan orang moden mencapai ketepatan sedemikian ketika mereka mula menggunakannya atom, yang, sebagai hasil daripada ayunannya, adalah pengatur jam atom. Atom cesium berada dalam dua keadaan tenaga yang diperlukan (+) dan (-). Sinaran elektromagnetik dengan frekuensi 9 192 631 770 hertz dihasilkan apabila atom berlalu dari keadaan (+) ke (-), mewujudkan proses berkala pemalar tepat - pengatur kod jam atom.
Agar jam atom berfungsi dengan tepat, cesium mesti disejat di dalam tungku, akibat dari proses ini atomnya dikeluarkan. Di belakang tungku terdapat magnet penyusun, yang memiliki kapasiti atom dalam keadaan (+), dan di dalamnya, kerana penyinaran di medan gelombang mikro, atom-atom tersebut masuk ke keadaan (-). Magnet kedua mengarahkan atom yang telah berubah keadaan (+) ke (-) ke peranti penerima. Banyak atom yang telah berubah keadaan diperoleh hanya jika frekuensi pemancar gelombang mikro bertepatan dengan frekuensi getaran cesium 9 192 631 770 hertz. Jika tidak, bilangan atom (-) pada alat penerima dikurangkan.
Instrumen sentiasa memantau dan menyesuaikan kekerapan frekuensi 9 192 631 770 hertz. Ini bermaksud bahawa impian pereka jam telah menjadi kenyataan, proses berkala yang benar-benar berterusan telah dijumpai: kekerapannya adalah 9 192 631 770 hertz, yang mengatur perjalanan jam atom.
Hari ini, sebagai hasil perjanjian antarabangsa, detik didefinisikan sebagai tempoh radiasi dikalikan dengan 9 192 631 770, sesuai dengan peralihan antara dua tahap struktur hiper halus dari keadaan dasar atom cesium (isotop cesium-133).
Getaran atom dan molekul lain, seperti atom kalsium, rubidium, cesium, strontium, molekul hidrogen, yodium, metana, dan lain-lain, juga dapat digunakan untuk mengukur waktu yang tepat. Walau bagaimanapun, standard frekuensi adalah pelepasan sesium atom. Untuk membandingkan getaran atom yang berbeza dengan standard (cesium), laser titanium-safir telah dibuat yang menghasilkan julat frekuensi yang luas dari 400 hingga 1000 nm.
Pencipta jam kuarza dan atom pertama adalah ahli fizik eksperimen Inggeris Essen Lewis (1908-1997)... Pada tahun 1955, dia membuat standard frekuensi atom (waktu) pertama menggunakan sebiji atom cesium. Hasil daripada kerja ini, 3 tahun kemudian (1958), muncul perkhidmatan masa berdasarkan standard frekuensi atom.
Di USSR, Ahli Akademik Nikolai Gennadievich Basov mengemukakan idea untuk membuat jam atom.
Jadi, jam atom,salah satu jenis jam yang tepat adalah alat untuk mengukur masa, di mana getaran semula jadi atom atau molekul digunakan sebagai bandul. Kestabilan jam atom adalah yang terbaik di antara semua jenis jam tangan yang ada, yang merupakan kunci ketepatan tertinggi. Penjana jam atom menghasilkan lebih daripada 32,768 denyutan sesaat, tidak seperti jam konvensional. Getaran atom tidak bergantung pada suhu udara, getaran, kelembapan dan banyak faktor luaran yang lain.
Di dunia moden, apabila mustahil dilakukan tanpa navigasi, jam atom telah menjadi pembantu yang sangat diperlukan. Mereka dapat menentukan lokasi kapal angkasa, satelit, peluru berpandu balistik, pesawat terbang, kapal selam, kereta secara automatik melalui komunikasi satelit.
Oleh itu, selama 50 tahun yang lalu, jam atom, atau lebih tepatnya jam cesium, dianggap paling tepat. Mereka telah lama digunakan oleh perkhidmatan masa ketepatan, dan isyarat waktu disiarkan oleh beberapa stesen radio.
Peranti jam atom merangkumi 3 bahagian: 
pembeza kuantum,
pengayun kuarza,
kompleks elektronik.
Pengayun kristal menghasilkan frekuensi (5 atau 10 MHz). Pengayun adalah penjana radio RC, di mana mod piezoelektrik kristal kuarza digunakan sebagai elemen resonan, di mana atom yang mengubah keadaan (+) menjadi (-) dibandingkan. Untuk meningkatkan kestabilan, kekerapannya selalu dibandingkan dengan ayunan pembeza kuantum (atom atau molekul) ... Apabila terdapat perbezaan dalam ayunan, elektronik menyesuaikan frekuensi pengayun kuarza menjadi sifar, sehingga meningkatkan kestabilan dan ketepatan jam ke tahap yang diinginkan.
Di dunia moden, jam atom boleh dibuat di mana-mana negara di dunia untuk digunakan dalam kehidupan seharian. Saiznya sangat kecil dan cantik. Jam atom terkini tidak lebih besar daripada kotak mancis dan mempunyai penggunaan kuasa rendah kurang dari 1 Watt. Dan ini bukan hadnya, mungkin di masa depan, kemajuan teknikal akan mencapai telefon bimbit. Sementara itu, jam atom padat hanya dipasang pada peluru berpandu strategik untuk meningkatkan ketepatan navigasi berkali-kali.
Hari ini, jam tangan atom lelaki dan wanita untuk setiap selera dan dompet boleh dibeli di kedai dalam talian.
Pada tahun 2011, jam atom terkecil di dunia dicipta oleh pakar dari Symmetricom dan Sandia National Laboratory. Jam tangan ini 100 kali lebih padat daripada versi sebelumnya yang tersedia secara komersial. Kronometer atom terbesar tidak lebih besar daripada kotak mancis. Untuk mengoperasikannya, kuasa 100 mW sudah cukup - ini 100 kali lebih sedikit daripada pendahulunya.
Adalah mungkin untuk mengurangkan ukuran jam tangan dengan memasang mekanisme dan bukannya mata air dan roda gigi, yang beroperasi berdasarkan prinsip menentukan frekuensi gelombang elektromagnetik yang dipancarkan oleh atom cesium di bawah tindakan pancaran laser dengan daya yang dapat diabaikan.
Jam semacam itu digunakan dalam navigasi, dan juga dalam pekerjaan penambang, penyelam, di mana perlu untuk menyegerakkan waktu dengan rakan sekerja di permukaan, dan juga perkhidmatan masa yang tepat, kerana kesalahan jam atom kurang dari 0.000001 pecahan sesaat sehari. Simetrikom jam atom kelas atas yang memecah rekod berharga kira-kira $ 1,500.
Isidore Rabi, seorang profesor fizik di Columbia University, membuat sebuah projek yang belum pernah terjadi sebelumnya: jam yang berfungsi berdasarkan prinsip pancaran resonans magnetik atom. Ini berlaku pada tahun 1945, dan sudah pada tahun 1949 Biro Piawaian Nasional mengeluarkan prototaip pertama yang berfungsi. Getaran molekul ammonia dibaca di dalamnya. Cesium mula berniaga kemudian: model NBS-1 muncul hanya pada tahun 1952.
Makmal Fizik Negara di England mencipta jam rasuk cesium pertama pada tahun 1955. Lebih dari sepuluh tahun kemudian, semasa Persidangan Umum Berat dan Ukuran, jam yang lebih maju dipersembahkan, juga berdasarkan getaran pada atom cesium. Model NBS-4 digunakan hingga tahun 1990.
Jenis jam tangan
Pada masa ini, terdapat tiga jenis jam atom yang berfungsi berdasarkan prinsip yang sama. Jam cesium, yang paling tepat, memisahkan atom cesium dengan medan magnet. Jam atom termudah, rubidium, menggunakan gas rubidium yang tertutup dalam termos kaca. Dan akhirnya, jam atom hidrogen mengambil sebagai atom hidrogen titik rujukan, tertutup dalam cangkang yang terbuat dari bahan khas - ia tidak membenarkan atom kehilangan tenaga dengan cepat.
Pukul berapa sekarang
Pada tahun 1999, Institut Piawaian dan Teknologi Nasional AS (NIST) mencadangkan versi atom jam yang lebih maju. Model NIST-F1 membenarkan kesalahan hanya satu saat dalam dua puluh juta tahun.
Yang paling tepat
Tetapi ahli fizik di NIST tidak berhenti di situ. Para saintis memutuskan untuk mengembangkan kronometer baru, kali ini berdasarkan atom strontium. Jam tangan baru berfungsi pada 60% dari model sebelumnya, yang bermaksud bahawa ia kehilangan satu saat, bukan dalam dua puluh juta tahun, tetapi sebanyak lima miliar.
Pengukuran masa
Perjanjian antarabangsa telah menentukan satu-satunya frekuensi tepat untuk resonans zarah cesium. Ini adalah 9 192 631 770 hertz - membahagikan isyarat output dengan nombor ini memberikan tepat satu kitaran sesaat.
