reloj atómico. Ver historial

En primer lugar, el reloj utiliza a la humanidad como medio de control del tiempo del programa.

En segundo lugar, hoy la medición del tiempo es también el tipo de medición más preciso de todos los realizados: la precisión de la medición del tiempo ahora está determinada por un error increíble del orden de 1 10-11%, o 1 s en 300 mil años.

Y la gente moderna logró tal precisión cuando comenzó a usar átomos, que, como resultado de sus oscilaciones, son el regulador del reloj atómico. Los átomos de cesio están en los dos estados de energía que necesitamos (+) y (-). La radiación electromagnética con una frecuencia de 9.192.631.770 hercios se produce cuando los átomos se mueven del estado (+) al (-), creando un proceso periódico constante y preciso: el controlador del código del reloj atómico.

Para que los relojes atómicos funcionen con precisión, el cesio debe evaporarse en un horno, como resultado de lo cual se expulsan sus átomos. Detrás del horno hay un imán clasificador, que tiene rendimientoátomos en estado (+), y en él, debido a la irradiación en un campo de microondas, los átomos pasan al estado (-). El segundo imán dirige los átomos que han cambiado de estado (+) a (-) al dispositivo receptor. Muchos átomos que han cambiado de estado se obtienen sólo si la frecuencia del emisor de microondas coincide exactamente con la frecuencia de vibraciones del cesio 9 192 631 770 hercios. De lo contrario, el número de átomos (-) en el receptor disminuye.

Los instrumentos monitorean y ajustan constantemente la constancia de la frecuencia 9 192 631 770 hertz. Entonces, el sueño de los diseñadores de relojes se hizo realidad, se encontró un proceso periódico absolutamente constante: una frecuencia de 9.192.631.770 hercios, que regula el curso de los relojes atómicos.

Hoy, como resultado de un acuerdo internacional, el segundo se define como el período de radiación multiplicado por 9.192.631.770, correspondiente a la transición entre dos niveles estructurales hiperfinos del estado fundamental del átomo de cesio (isótopo cesio-133).

Para medir el tiempo exacto, también puede usar vibraciones de otros átomos y moléculas, como átomos de calcio, rubidio, cesio, estroncio, moléculas de hidrógeno, yodo, metano, etc. Sin embargo, la radiación del átomo de cesio se reconoce como el estándar de frecuencia Para comparar las vibraciones de diferentes átomos con un estándar (cesio), se creó un láser de titanio-zafiro que genera un amplio rango de frecuencia en el rango de 400 a 1000 nm.

El primer creador de relojes atómicos y de cuarzo fue un físico experimental inglés. Essen Lewis (1908-1997). En 1955, creó el primer patrón de frecuencia atómica (tiempo) en un haz de átomos de cesio. Como resultado de este trabajo, 3 años después (1958) surgió un servicio de tiempo basado en el patrón de frecuencia atómica.

En la URSS, el académico Nikolai Gennadievich Basov presentó sus ideas para crear relojes atómicos.

Asi que, reloj atómico, uno de los tipos exactos de relojes es un dispositivo para medir el tiempo, donde las oscilaciones naturales de los átomos o moléculas se utilizan como un péndulo. La estabilidad de los relojes atómicos es la mejor de todas. tipos existentes horas, lo cual es una garantía máxima precisión. El generador de reloj atómico produce más de 32.768 pulsos por segundo, a diferencia de los relojes convencionales. Las oscilaciones de los átomos no dependen de la temperatura del aire, las vibraciones, la humedad y muchos otros factores externos.

EN mundo moderno, cuando la navegación es simplemente indispensable, los relojes atómicos se han convertido asistentes indispensables. son capaces de localizar astronave, satélite, misil balístico, avión, submarino, automóvil automáticamente por satélite.

Así, durante los últimos 50 años, los relojes atómicos, o más bien los relojes de cesio, han sido considerados los más precisos. Los servicios de cronometraje los han utilizado durante mucho tiempo y algunas estaciones de radio también transmiten señales horarias.

El dispositivo de reloj atómico incluye 3 partes:

discriminador cuántico,

oscilador de cuarzo,

complejo electronico

Un oscilador de cuarzo genera una frecuencia (5 o 10 MHz). El oscilador es un generador de radio RC, en el que se utilizan como elemento resonante los modos piezoeléctricos de un cristal de cuarzo, donde se comparan los átomos que han cambiado de estado (+) a (-), para aumentar la estabilidad su frecuencia es constante en comparación con las oscilaciones de un discriminador cuántico (átomos o moléculas). Cuando hay una diferencia en las oscilaciones, la electrónica ajusta la frecuencia del oscilador de cuarzo a cero, aumentando así la estabilidad y precisión del reloj al nivel deseado.

En el mundo moderno, los relojes atómicos se pueden fabricar en cualquier país del mundo para su uso en La vida cotidiana. Son muy pequeños en tamaño y hermosos. El tamaño de la última novedad de los relojes atómicos no es más que cajita de cerillas y su bajo consumo de energía - menos de 1 vatio. Y este no es el límite, quizás en el futuro progreso tecnico llega a los teléfonos móviles. Mientras tanto, los relojes atómicos compactos se instalan solo en misiles estratégicos para aumentar muchas veces la precisión de la navegación.

Hoy en día, los relojes atómicos para hombres y mujeres para todos los gustos y presupuestos se pueden comprar en las tiendas en línea.

En 2011, Symmetricom y el Laboratorio Nacional Sandia crearon el reloj atómico más pequeño del mundo. Este reloj, 100 veces más compacto que los anteriores comercialmente versiones disponibles. El tamaño de un cronómetro atómico no es más grande que una caja de fósforos. Necesita 100 mW de potencia para funcionar, 100 veces menos que sus predecesores.

Fue posible reducir el tamaño del reloj instalando en lugar de resortes y engranajes un mecanismo que funciona según el principio de determinar la frecuencia de las ondas electromagnéticas emitidas por los átomos de cesio bajo la influencia de un rayo láser de potencia insignificante.

Dichos relojes se utilizan en la navegación, así como en el trabajo de mineros, buzos, donde es necesario sincronizar con precisión el tiempo con colegas en la superficie, así como servicios de tiempo precisos, porque el error de los relojes atómicos es inferior a 0,000001 fracciones. de un segundo por día. El costo del pequeño reloj atómico Symmetricom que batió récords fue de alrededor de $ 1,500.

Los físicos atómicos dieron un nuevo impulso al desarrollo de dispositivos para medir el tiempo.

En 1949 se construyó el primer reloj atómico, donde la fuente de oscilaciones no era un péndulo o un oscilador de cuarzo, sino señales asociadas a la transición cuántica de un electrón entre dos niveles de energía de un átomo.

En la práctica, tales relojes resultaron no ser muy precisos, además, eran voluminosos y caros y no se usaban mucho. Entonces se decidió recurrir al elemento químico: el cesio. Y en 1955 apareció el primer reloj atómico basado en átomos de cesio.

En 1967, se decidió cambiar al estándar de tiempo atómico, ya que la rotación de la Tierra se está desacelerando y la magnitud de esta desaceleración no es constante. Esto obstaculizó enormemente el trabajo de los astrónomos y los guardianes del tiempo.

La Tierra gira actualmente a una velocidad de aproximadamente 2 milisegundos cada 100 años.

Las fluctuaciones en la duración del día también alcanzan las milésimas de segundo. Por lo tanto, la precisión del meridiano de Greenwich (el estándar mundial desde 1884) se ha vuelto insuficiente. En 1967 tuvo lugar la transición al tiempo estándar atómico.

Hoy, un segundo es un período de tiempo exactamente igual a 9.192.631.770 períodos de radiación, que corresponde a la transición entre dos niveles hiperfinos del estado fundamental del átomo de Cesio 133.

Por el momento, se utiliza el Tiempo Universal Coordinado como escala de tiempo. Está formado por la Oficina Internacional de Pesos y Medidas combinando datos de los laboratorios de cronometraje de varios países, así como datos del Servicio Internacional de Rotación de la Tierra. Su precisión es casi un millón de veces mejor que la astronómica hora media de Greenwich.

Se ha desarrollado una tecnología que permitirá reducir radicalmente el tamaño y el costo de los relojes atómicos ultraprecisos, lo que permitirá su uso generalizado en dispositivos móviles para diversos fines. Los científicos pudieron crear un estándar de tiempo atómico de tamaño ultrapequeño. Dichos relojes atómicos consumen menos de 0,075 W y tienen un error de no más de un segundo en 300 años.

Un equipo de investigación estadounidense ha logrado crear un estándar atómico ultracompacto. Se hizo posible alimentar relojes atómicos con pilas AA convencionales. Se colocaron relojes atómicos ultraprecisos, normalmente de al menos un metro de altura, en un volumen de 1,5x1,5x4 mm

En los Estados Unidos se ha desarrollado un reloj atómico experimental basado en un solo ion de mercurio. Son cinco veces más precisos que el cesio, que se aceptan como estándar internacional. Los relojes de cesio son tan precisos que solo se alcanzará una discrepancia de un segundo después de 70 millones de años, y para los relojes de mercurio este período será de 400 millones de años.

En 1982, en una disputa entre la definición astronómica del estándar del Tiempo y quienes lo derrotaron reloj atómico intervino un nuevo objeto astronómico - un púlsar de milisegundos. Estas señales son tan estables como los mejores relojes atómicos.

¿Sabías?

El primer reloj en Rusia.

En 1412, se colocó un reloj en Moscú en el patio del Gran Duque detrás de la Iglesia de la Anunciación, y Lazar, un monje serbio que vino de la tierra serbia, los hizo. Desafortunadamente, la descripción de estos primeros relojes en Rusia no se ha conservado.

¿Cómo aparecieron las campanadas en la Torre Spasskaya del Kremlin de Moscú?

En el siglo XVII, el inglés Christopher Galovey hizo campanadas para la Torre Spasskaya: el círculo horario estaba dividido en 17 sectores, la única manecilla del reloj estaba inmóvil, apuntando hacia abajo y señalando cualquier número en el dial, pero el dial en sí giraba.

¿Alguna vez has notado que el reloj de tu casa está mostrando diferente tiempo? ¿Y cómo entender cuál de todas las opciones es la correcta? Aprenderemos las respuestas a todas estas preguntas estudiando a fondo el principio de funcionamiento de los relojes atómicos.

Reloj atómico: descripción y principio de funcionamiento.

Primero comprendamos cuál es el mecanismo de un reloj atómico. Un reloj atómico es un dispositivo que mide el tiempo, pero utiliza sus propias vibraciones como la periodicidad del proceso, y todo sucede a nivel atómico y molecular. De ahí la precisión.

¡Es seguro decir que los relojes atómicos son los más precisos! Es gracias a ellos que Internet y la navegación GPS funcionan en el mundo, sabemos la ubicación exacta de los planetas en sistema solar. ¡El error de este dispositivo es tan mínimo que podemos decir con confianza que son de clase mundial! Gracias a los relojes atómicos se lleva a cabo la sincronización del mundo entero, se sabe dónde se ubican ciertos cambios.

¿Quién inventó, quién creó y también a quién se le ocurrió este reloj milagroso?

Allá por los años cuarenta del siglo XX, se conocía acerca del haz atómico de resonancia magnética. Al principio, su aplicación no se refería a los relojes de ninguna manera, era solo una teoría. Pero ya en 1945, Isidor Rabi propuso crear un dispositivo, cuyo concepto era que funcionaran sobre la base de la técnica descrita anteriormente. Pero estaban dispuestos de tal manera que mostraban resultados inexactos. Y ya en 1949, la Oficina Nacional de Normas informó al mundo entero sobre la creación del primer reloj atómico, que se basó en compuestos moleculares de amoníaco, y ya en 1952, se dominaron las tecnologías para crear un prototipo basado en átomos de cesio.

Al escuchar sobre los átomos de amoníaco y cesio, surge la pregunta, pero ¿son radiactivos estos maravillosos relojes? La respuesta es inequívoca: ¡no! No tienen descomposición atómica.

Hoy en día, hay muchos materiales con los que se fabrican los relojes atómicos. Por ejemplo, es silicio, cuarzo, aluminio e incluso plata.

¿Cómo funciona el dispositivo?

Echemos un vistazo a cómo se ven y funcionan los relojes de energía nuclear. Para ello, ofrecemos una descripción de su trabajo:

Para el correcto funcionamiento de este particular reloj, no se necesita un péndulo, ni un oscilador de cuarzo. Utilizan señales que surgen debido a la transición cuántica de un electrón entre dos niveles de energía de un átomo. Como resultado, podemos observar una onda electromagnética. En otras palabras, obtenemos fluctuaciones frecuentes y un nivel ultra alto de estabilidad del sistema. Cada año, debido a nuevos descubrimientos, los procesos se modernizan. No hace mucho tiempo, los especialistas del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) se convirtieron en campeones, estableciendo un récord mundial absoluto. Fueron capaces de llevar la precisión del reloj atómico (basado en estroncio) a la mínima desviación, a saber: durante 15 mil millones de años, corre un segundo. Sí, sí, no les pareció que esta es la edad que ahora se le está asignando a nuestro Universo. ¡Este es un gran descubrimiento! Después de todo, fue el estroncio el que jugó el papel más importante en este disco. Los átomos de estroncio en movimiento en su red espacial, que los científicos crearon usando un láser, actuaron como un análogo del "tictac". Como siempre en la ciencia, en teoría todo parece encantador y ya mejorado, pero la inestabilidad de tal sistema puede resultar menos alegre en la práctica. Es debido a su inestabilidad que el dispositivo basado en cesio ganó popularidad en todo el mundo.

Ahora considere en qué consiste tal dispositivo. Los principales detalles aquí son:

• discriminador cuántico;
• generador de cuarzo;
• electrónica.

Un oscilador de cuarzo es una especie de autooscilador, pero para producir un elemento resonante, utiliza modos piezoeléctricos de un cristal de cuarzo.

Teniendo un discriminador cuántico y un oscilador de cuarzo, bajo la influencia de su frecuencia, se comparan y, si se detecta una diferencia, el circuito comentario requiere que el oscilador de cristal se ajuste al valor requerido y mejore la estabilidad y la precisión. Como resultado, a la salida vemos en el dial valor exacto, lo que significa tiempo exacto.

Los primeros modelos tenían bastante tallas grandes, sin embargo, en octubre de 2013, BathysHawaii causó sensación al lanzar armas nucleares en miniatura reloj de pulsera. Al principio, todos tomaron esta afirmación como una broma, pero pronto quedó claro que era realmente cierto y que funcionan sobre la base de la fuente atómica Cesium 133. La seguridad del dispositivo está garantizada por el hecho de que el elemento radiactivo es contenido en forma de gas en una cápsula especial. Fotos de este dispositivo repartidas por todo el mundo.

Muchos en el tema de los relojes atómicos están interesados ​​en el tema de una fuente de energía. La batería es una batería de iones de litio. Pero, por desgracia, aún no se sabe cuánto durará esa batería.

El reloj BathysHawaii fue verdaderamente el primer atómico reloj de pulsera. Anteriormente, ya se conocían casos de lanzamiento de un dispositivo relativamente portátil, pero, lamentablemente, no tenía una fuente de energía atómica, sino que solo se sincronizaba con relojes generales reales a través de radio inalámbrica. También vale la pena mencionar el costo de dicho dispositivo. El placer se estimó en 12 mil dólares estadounidenses. Estaba claro que con ese precio, los relojes no ganarían gran popularidad, pero la compañía no se esforzó por lograrlo, porque los lanzó en un lote muy limitado.

Conocemos varios tipos de relojes atómicos. No hay diferencias significativas en su diseño y principios, pero todavía hay algunas diferencias. Entonces, los principales están en los medios para encontrar cambios y sus elementos. Se pueden distinguir los siguientes tipos de relojes:

1. Hidrógeno. Su esencia radica en el hecho de que los átomos de hidrógeno están soportados en el nivel correcto de energía, pero las paredes están hechas de material especial. En base a esto, concluimos que son los átomos de hidrógeno los que pierden muy rápidamente su estado de energía.
2. cesio. La base para ellos son los rayos de cesio. Vale la pena señalar que estos relojes son los más precisos.
3. Rubidio. Son los más sencillos y muy compactos.

Como se mencionó anteriormente, los relojes atómicos son un dispositivo muy costoso. Así, el reloj de bolsillo Hoptroff No. 10 es un brillante representante de una nueva generación de juguetes. El precio de un accesorio tan elegante y muy preciso es de 78 mil dólares. Solo se lanzaron 12 copias. El mecanismo de este dispositivo utiliza un sistema oscilatorio de alta frecuencia, que también está equipado con una señal de GPS.

La compañía no se quedó ahí y es en su décima versión del reloj que quiere aplicar el método de colocar el mecanismo en una caja de oro, que se imprimirá en una popular impresora 3D. Todavía no se ha calculado exactamente cuánto oro se utilizará para esta versión del caso, pero ya se conoce el precio de venta estimado de esta obra maestra: ascendió a alrededor de 50 mil libras esterlinas. Y este no es el precio final, aunque tiene en cuenta todos los volúmenes de investigación, así como la novedad y la singularidad del dispositivo en sí.

Hechos históricos sobre el uso de los relojes.

Cómo, cuando se habla de relojes atómicos, por no mencionar los más datos interesantes, que se asocian a ellos y al tiempo en general:

1. ¿Sabías que en antiguo Egipto¿El reloj de sol más antiguo jamás encontrado?
2. El error de los relojes atómicos es mínimo: es solo 1 segundo durante 6 millones de años.
3. Todo el mundo sabe que hay 60 segundos en un minuto. Pero pocas personas profundizaron en cuántos milisegundos hay en un segundo. Y no son muchos ni pocos, ¡mil!
4. Todo turista que pudo visitar Londres seguramente querría ver el Big Ben con sus propios ojos. Pero desafortunadamente, no mucha gente sabe que el Big Ben no es una torre en absoluto, sino el nombre de una enorme campana que pesa 13 toneladas y suena dentro de la torre.
5. ¿Alguna vez te has preguntado por qué las manecillas de nuestros relojes van exactamente de izquierda a derecha, o cómo solíamos decir "en el sentido de las agujas del reloj"? Este hecho está directamente relacionado con el movimiento de la sombra en el reloj de sol.
6. El primer reloj de pulsera se inventó en el reciente 1812. Fueron realizados por el fundador de Breguet para la Reina de Nápoles.
7. Antes de la Primera Guerra Mundial, los relojes de pulsera se consideraban solo un accesorio femenino, pero pronto, debido a su conveniencia, también fueron elegidos por la parte masculina de la población.

Los relojes atómicos son los instrumentos de medición del tiempo más precisos que existen en la actualidad y se están volviendo cada vez más populares. mayor valor con desarrollo y complicación tecnologías modernas.

Principio de funcionamiento

Los relojes atómicos mantienen la hora exacta no debido a la desintegración radiactiva, como podría parecer por su nombre, sino utilizando las vibraciones de los núcleos y los electrones que los rodean. Su frecuencia está determinada por la masa del núcleo, la gravedad y el "equilibrador" electrostático entre el núcleo cargado positivamente y los electrones. No coincide con el mecanismo de relojería habitual. Los relojes atómicos son cronometradores más confiables porque sus fluctuaciones no cambian dependiendo de tales factores. medioambiente como la humedad, la temperatura o la presión.

La evolución de los relojes atómicos.

A lo largo de los años, los científicos se han dado cuenta de que los átomos tienen frecuencias resonantes asociadas con la capacidad de cada uno de absorber y emitir radiación electromagnética. En las décadas de 1930 y 1940, se desarrollaron equipos de radar y comunicaciones de alta frecuencia que podían interactuar con las frecuencias de resonancia de los átomos y las moléculas. Esto contribuyó a la idea del reloj.

Los primeros ejemplares se construyeron en 1949. Instituto Nacional estándares y tecnologías (NIST). Se utilizó amoníaco como fuente de vibración. Sin embargo, no eran mucho más precisos que el estándar de tiempo existente y el cesio se usó en la próxima generación.

nuevo estándar

El cambio en la precisión del tiempo fue tan grande que en 1967 la Conferencia General de Pesos y Medidas definió el segundo SI como 9.192.631.770 vibraciones de un átomo de cesio en su frecuencia resonante. Esto significó que el tiempo ya no estaba relacionado con el movimiento de la Tierra. El reloj atómico más estable del mundo se creó en 1968 y se usó como parte del sistema de referencia de tiempo del NIST hasta la década de 1990.

coche de mejora

Uno de los últimos avances en esta área es el enfriamiento por láser. Esto mejoró la relación señal-ruido y redujo la incertidumbre en la señal del reloj. Este sistema de refrigeración y otros equipos utilizados para mejorar el reloj de cesio requerirían un espacio del tamaño de un vagón de ferrocarril para alojarlo, aunque las opciones comerciales pueden caber en una maleta. Uno de estos instalaciones de laboratorio cuenta el tiempo en Boulder, Colorado, y es el más reloj preciso en el piso. Solo están equivocados por 2 nanosegundos por día, o 1 s en 1,4 millones de años.

Tecnologia sofisticada

Esta tremenda precisión es el resultado de complejas proceso tecnológico. En primer lugar, el cesio líquido se coloca en un horno y se calienta hasta que se convierte en gas. Los átomos de metal salen a gran velocidad a través de un pequeño orificio en el horno. Los electroimanes hacen que se separen en haces separados con diferentes energías. El haz requerido pasa a través del orificio en forma de U y los átomos se exponen a la energía de microondas a una frecuencia de 9.192.631.770 Hz. Debido a esto, se excitan y pasan a un estado de energía diferente. El campo magnético luego filtra los otros estados de energía de los átomos.

El detector responde al cesio y muestra un máximo en el valor de frecuencia correcto. Esto es necesario para configurar el oscilador de cristal que controla el mecanismo de reloj. Dividiendo su frecuencia por 9.192.631.770 da un pulso por segundo.

No solo cesio

Aunque los relojes atómicos más comunes utilizan las propiedades del cesio, también existen otros tipos. Difieren en el elemento aplicado y los medios para determinar el cambio en el nivel de energía. Otros materiales son hidrógeno y rubidio. Los relojes atómicos de hidrógeno funcionan como relojes de cesio, pero requieren un recipiente con paredes de un material especial que evite que los átomos pierdan energía demasiado rápido. Los relojes de rubidio son los más simples y compactos. En ellos, una celda de vidrio llena de rubidio gaseoso cambia la absorción de luz cuando se expone a la frecuencia de microondas.

¿Quién necesita la hora exacta?

Hoy en día, el tiempo se puede contar con extrema precisión, pero ¿por qué es esto importante? Esto es necesario en sistemas como teléfonos móviles, internet, GPS, programas de aviación y televisión digital. A primera vista, esto no es obvio.

Un ejemplo de cómo se usa la hora precisa es la sincronización de paquetes. A través de línea media las comunicaciones pasan por miles de llamadas telefónicas. Esto es posible solo porque la conversación no se transmite por completo. La compañía de telecomunicaciones lo divide en pequeños paquetes e incluso se salta parte de la información. Luego pasan por la línea junto con paquetes de otras conversaciones y se restituyen en el otro extremo sin mezclarse. El sistema de reloj de la central telefónica puede determinar qué paquetes pertenecen a una conversación determinada según la hora exacta en que se envió la información.

GPS

Otra implementación del tiempo preciso es el sistema de posicionamiento global. Consta de 24 satélites que transmiten sus coordenadas y hora. Cualquier receptor GPS puede conectarse a ellos y comparar los tiempos de transmisión. La diferencia permite al usuario determinar su ubicación. Si estos relojes no fueran muy precisos, entonces el sistema GPS sería poco práctico y poco confiable.

El límite de la perfección.

Con el desarrollo de la tecnología y los relojes atómicos, las imprecisiones del universo se hicieron evidentes. La Tierra se mueve de manera desigual, lo que conduce a fluctuaciones aleatorias en la duración de los años y los días. En el pasado, estos cambios habrían pasado desapercibidos porque las herramientas de cronometraje eran demasiado inexactas. Sin embargo, para consternación de investigadores y científicos, la hora de los relojes atómicos debe ajustarse para compensar las anomalías. mundo real. Son herramientas asombrosas para el avance de la tecnología moderna, pero su perfección está limitada por los límites establecidos por la naturaleza misma.

A menudo escuchamos la frase de que los relojes atómicos siempre muestran la hora exacta. Pero por su nombre es difícil entender por qué los relojes atómicos son los más precisos o cómo funcionan.

El hecho de que el nombre contenga la palabra "atómico" no significa en absoluto que el reloj sea un peligro para la vida, incluso si los pensamientos de una bomba atómica o una planta de energía nuclear vienen inmediatamente a la mente. En este caso, solo estamos hablando del principio del reloj. si en ordinario reloj mecanico los movimientos vibratorios los hacen los engranajes y se cuentan sus movimientos, luego en los relojes atómicos se cuentan las vibraciones de los electrones dentro de los átomos. Para comprender mejor el principio de funcionamiento, recordemos la física de las partículas elementales.

Todas las sustancias en nuestro mundo están formadas por átomos. Los átomos están formados por protones, neutrones y electrones. Los protones y los neutrones se combinan entre sí para formar un núcleo, también llamado nucleón. Los electrones se mueven alrededor del núcleo, que puede estar en diferentes niveles de energía. Lo más interesante es que al absorber o desprender energía, un electrón puede pasar de su nivel de energía a uno superior o inferior. Un electrón puede recibir energía de la radiación electromagnética absorbiendo o emitiendo radiación electromagnética de cierta frecuencia en cada transición.

La mayoría de las veces hay relojes en los que se usan átomos del elemento Cesio -133 para cambiar. Si en 1 segundo el péndulo relojes convencionales hace 1 movimiento oscilatorio, entonces los electrones en relojes atómicos basados ​​en Cesio-133, al pasar de un nivel de energía a otro, emiten radiación electromagnética con una frecuencia de 9192631770 Hz. Resulta que un segundo se divide exactamente en este número de intervalos, si se calcula en relojes atómicos. Este valor fue adoptado oficialmente por la comunidad internacional en 1967. Imagina un dial enorme, donde no hay 60, sino 9192631770 divisiones, que son solo 1 segundo. No es sorprendente que los relojes atómicos sean tan precisos y tengan una serie de ventajas: los átomos no envejecen, no se desgastan y la frecuencia de oscilación siempre será la misma para un elemento químico, lo que permite comparar simultáneamente, por ejemplo, las lecturas de los relojes atómicos lejanos en el espacio y en la Tierra, sin miedo a los errores.

Gracias a los relojes atómicos, la humanidad en la práctica pudo probar la exactitud de la teoría de la relatividad y asegurarse de que, en la Tierra. Los relojes atómicos están instalados en muchos satélites y naves espaciales, se utilizan para necesidades de telecomunicaciones, para comunicaciones móviles, comparan la hora exacta en todo el planeta. Sin exagerar, fue gracias a la invención del reloj atómico que la humanidad pudo entrar en la era de la alta tecnología.

¿Cómo funcionan los relojes atómicos?

El cesio-133 se calienta evaporando los átomos de cesio, que pasan a través de un campo magnético, donde se seleccionan los átomos con los estados de energía deseados.

Luego, los átomos seleccionados pasan a través de un campo magnético con una frecuencia cercana a 9192631770 Hz, lo que crea un oscilador de cuarzo. Bajo la influencia del campo, los átomos de cesio cambian nuevamente sus estados de energía y caen sobre el detector, que se fija cuando el numero mas grande los átomos que caen tendrán el estado de energía "correcto". Importe máximoátomos con un estado de energía cambiado indica que la frecuencia del campo de microondas se elige correctamente, y luego su valor se introduce en dispositivo electronico- divisor de frecuencia, que, reduciendo la frecuencia un número entero de veces, obtiene el número 1, que es el segundo de referencia.

Entonces, los átomos de cesio se usan para verificar si la frecuencia es correcta campo magnético generado por el oscilador de cristal, ayudando a mantenerlo constante.

Es interesante: aunque los relojes atómicos que existen hoy en día tienen una precisión sin precedentes y pueden funcionar sin errores durante millones de años, los físicos no van a detenerse ahí. Usando átomos de varios elementos químicos, trabajan constantemente para mejorar la precisión de los relojes atómicos. Desde últimos inventos- reloj atómico estroncio, que son tres veces más precisos que su contraparte de cesio. Les tomaría 15 mil millones de años estar solo un segundo atrás, un tiempo más largo que la edad de nuestro universo...

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