Reloj atómico 27 de enero de 2016
Suiza, o incluso Japón, no será el lugar de nacimiento del primer reloj de bolsillo del mundo con un patrón de tiempo atómico incorporado. La idea de su creación se originó en el corazón del Reino Unido de la marca Hoptroff, con sede en Londres.
Atómico, o como también se les llama "relojes cuánticos", es un dispositivo que mide el tiempo utilizando vibraciones naturales asociadas con procesos que ocurren a nivel de átomos o moléculas. Richard Hoptroff decidió que era hora de que los caballeros modernos interesados en dispositivos de alta tecnología cambiaran de bolsillo. relojes mecanicos a algo más extravagante y extraordinario, y también en línea con las tendencias urbanas modernas.
Entonces, la audiencia se mostró elegante a su manera. apariencia Bolsillo reloj atómico Hoptroff No. 10, que puede sorprender a la generación moderna, tentada por una gran cantidad de dispositivos, no solo por su estilo retro y su fantástica precisión, sino también por su vida útil. Según los desarrolladores, teniendo este reloj contigo, podrás seguir siendo la persona más puntual durante al menos 5 mil millones de años.
¿Qué más puedes encontrar sobre ellos interesante ...
Foto 2. 
Para todos aquellos que nunca se han interesado por tales relojes, vale la pena describir brevemente el principio de su funcionamiento. Dentro del "dispositivo atómico" no hay nada que se asemeje a un reloj mecánico clásico. En Hoptroff núm. 10 no hay partes mecánicas como tal. En cambio, los relojes de bolsillo atómicos están equipados con una cámara sellada llena de una sustancia gaseosa radiactiva, cuya temperatura se controla mediante un horno especial. El momento exacto es el siguiente: los láseres excitan los átomos elemento químico, que es una especie de "relleno" del reloj, y el resonador captura y mide cada transición atómica. Hoy, el elemento básico de tales dispositivos es el cesio. Si recordamos el sistema de unidades SI, en él el valor de un segundo está conectado con el número de períodos de radiación electromagnética durante la transición de los átomos de cesio-133 de un nivel de energía a otro.
Foto 3. 
Si en los teléfonos inteligentes, el chip del procesador se considera el corazón del dispositivo, entonces en Hoptroff No. 10 este papel lo asume el módulo-generador del tiempo de referencia. Es suministrado por Symmetricom, y el chip en sí se centró originalmente en su uso en la industria militar, en vehículos aéreos no tripulados.
El reloj atómico CSAC está equipado con un termostato de temperatura controlada que contiene una cámara de vapor de cesio. Bajo la influencia de un láser sobre los átomos de cesio-133 comienza su transición de un estado de energía a otro, para lo cual se utiliza un resonador de microondas para medirlo. Desde 1967, el Sistema Internacional de Unidades (SI) ha definido un segundo como 9.192.631.770 períodos de radiación electromagnética que surgen de la transición entre dos niveles hiperfinos del estado fundamental del átomo de cesio-133. En base a esto, es difícil imaginar un reloj más preciso técnicamente basado en cesio. Con el tiempo, con los avances recientes en el cronometraje, los nuevos relojes ópticos basados en un ion de aluminio que pulsa a una frecuencia ultravioleta (100.000 veces las frecuencias de microondas de los relojes de cesio) serán cientos de veces más precisos que los relojes atómicos. Discurso en lenguaje sencillo, el nuevo reloj de bolsillo No.10 de Hoptroff tiene una precisión de 0,0015 segundos por año, 2,4 millones de veces mejor que los estándares COSC.
Foto 4. 
El lado funcional del dispositivo también está al borde de la fantasía. Con él, puede averiguar: hora, fecha, día de la semana, año, latitud y longitud en valores diferentes, presión, humedad, horas y minutos siderales, previsión de mareas y muchos otros indicadores. El reloj viene en oro y está previsto utilizar la impresión 3D para crear su caja de metal precioso.
Richard Hoptrof cree sinceramente que esta opción de producción particular para su descendencia es la más preferible. Para cambiar ligeramente el componente de diseño de la estructura, no será necesario reconstruir en absoluto línea de producción, sino utilizar la flexibilidad funcional de un dispositivo de impresión 3D para ello. Es cierto que vale la pena señalar que el reloj prototipo que se muestra se hizo de forma clásica.
Foto 5. 
El tiempo es muy valioso en estos días, y el reloj de bolsillo Hoptroff No. 10 es una confirmación directa de esto. Según información preliminar, el primer lote de dispositivos nucleares será de 12 unidades, y en cuanto al costo, el precio de 1 copia será de $78.000.
Foto 6. 
Según Richard Hoptroff, Director General de la marca, la residencia londinense de Hoptroff desempeñó un papel clave en la idea. “Utilizamos un sistema oscilatorio de alta precisión con señal de GPS en nuestros movimientos de cuarzo. Pero en el centro de Londres no es tan fácil captar esta misma señal. Una vez, durante un viaje al Observatorio de Greenwich, vi allí un reloj atómico Hewlett Packard y decidí comprarme uno similar a través de Internet. Y no pude. En cambio, encontré información sobre un chip Symmetricon y, después de tres días de pensar, me di cuenta de que sería perfecto para un reloj de bolsillo”.
El chip en cuestión es el reloj atómico de cesio SA.45s (CSAC), una primera generación de relojes atómicos en miniatura para receptores GPS, radios de mochila y drones. A pesar de sus modestas dimensiones (40 mm x 34,75 mm), en reloj de pulsera todavía es poco probable que encaje. Por lo tanto, Hoptroff decidió equipar un modelo de bolsillo bastante sólido (82 mm de diámetro) con ellos.
Además de ser el reloj más preciso del mundo, Hoptroff No 10 (el décimo movimiento de la marca) también afirma ser la primera caja de oro fabricada con tecnología de impresión 3D. Hoptroff aún no está seguro de cuánto oro se necesitará para hacer el caso (el trabajo en el primer prototipo se completó cuando se publicó el número), pero sugiere que su costo será "un mínimo de varios miles de libras". Y considerando todo el volumen investigación científica necesario para desarrollar el producto (piense en la función de marea armónica para 3.000 puertos diferentes), podemos esperar que su precio de venta final sea de alrededor de 50.000 libras esterlinas.
Caja dorada del modelo No. 10 a la salida de la impresora 3D y en forma terminada
Los compradores se convierten automáticamente en miembros de un club exclusivo y deberán firmar un compromiso por escrito de no utilizar el chip del reloj atómico como arma. “Este es uno de los términos de nuestro contrato con el proveedor”, explica el Sr. Hoptroff, “porque el chip atómico se usó originalmente en los sistemas de guía de misiles”. No mucho para poder conseguir un reloj con una precisión impecable.
Los felices dueños del No.10 by Hoptroff obtendrán mucho más que un subidón reloj exacto. El modelo también realiza la función de un dispositivo de navegación de bolsillo que le permite determinar la longitud con una precisión de uno milla nautica incluso después de muchos años en el mar con un simple sextante. El modelo recibirá dos esferas, pero el diseño de una de ellas aún se mantiene en secreto. El otro es un torbellino de contadores que muestran hasta 28 complicaciones: desde todas las funciones cronométricas e indicadores de calendario posibles hasta brújula, termómetro, higrómetro (un dispositivo para medir los niveles de humedad), barómetro, contadores de latitud y longitud y marea alta/baja. indicador. Y esto sin mencionar los indicadores vitales del estado del termostato atómico.
Hoptroff planea lanzar una serie de nuevos productos, incluida una versión electrónica del legendario y complicado reloj Space Traveler de George Daniels. Actualmente se está trabajando para integrar la tecnología Bluetooth en el reloj para almacenar la información personal del usuario y permitir el ajuste automático de complicaciones como la visualización de la fase lunar.
Las primeras copias del No.10 aparecerán en el próximo año, pero por ahora la empresa está buscando socios adecuados entre los minoristas. “Ciertamente podríamos tratar de venderlo en línea, pero este es un modelo premium, por lo que aún debe sostenerlo en sus manos para apreciarlo. Esto significa que todavía tendremos que utilizar los servicios de los minoristas y estamos listos para iniciar las negociaciones”, concluye el Sr. Hoptroff.
e incluso El artículo original está en el sitio web. InfoGlaz.rf Enlace al artículo del que se hace esta copia -
Isidore Rabi, profesor de física en la Universidad de Columbia, propuso un proyecto nunca antes visto: un reloj que funciona según el principio de un haz atómico de resonancia magnética. Esto sucedió en 1945, y ya en 1949, la Oficina Nacional de Normas lanzó el primer prototipo funcional. Leía vibraciones de la molécula de amoníaco. El cesio entró en el negocio mucho más tarde: el modelo NBS-1 apareció solo en 1952.
El Laboratorio Nacional de Física de Inglaterra creó el primer reloj de haz de cesio en 1955. Más de diez años después, durante la Conferencia General de Pesos y Medidas, se presentó un reloj más avanzado, también basado en vibraciones en el átomo de cesio. El modelo NBS-4 se utilizó hasta 1990.
tipos de relojes
Sobre el este momento Hay tres tipos de relojes atómicos que funcionan más o menos con el mismo principio. Reloj de cesio, el más preciso, parte el átomo de cesio campo magnético. El reloj atómico más simple, el reloj de rubidio, utiliza gas de rubidio encerrado en un bulbo de vidrio. Y, finalmente, los relojes atómicos de hidrógeno toman como punto de referencia los átomos de hidrógeno encerrados en una capa de material especial- no permite que los átomos pierdan energía rápidamente.
Qué hora es en este momento
En 1999 Instituto Nacional US Standards and Technology (NIST) propuso una versión aún más avanzada del reloj atómico. El modelo NIST-F1 tiene un error de solo un segundo en veinte millones de años.
Más precisa
Pero los físicos del NIST no se detuvieron ahí. Los científicos decidieron desarrollar un nuevo cronómetro, esta vez basado en átomos de estroncio. El nuevo reloj funciona con el 60% del modelo anterior, lo que significa que pierde un segundo no en veinte millones de años, sino en cinco mil millones.
Medición del tiempo
Un acuerdo internacional ha determinado la única frecuencia exacta para la resonancia de una partícula de cesio. Esto es 9,192,631,770 hercios; dividir la señal de salida por este número da exactamente un ciclo por segundo.
En el siglo XXI, la navegación por satélite se está desarrollando a un ritmo acelerado. Puede determinar la posición de cualquier objeto que esté conectado de alguna manera con los satélites, ya sea un teléfono móvil, un automóvil o una nave espacial. Pero nada de esto podría haberse logrado sin los relojes atómicos.
Además, estos relojes se utilizan en diversas telecomunicaciones, por ejemplo, en comunicaciones móviles.Este es el reloj más preciso que ha habido, es y será. Sin ellos Internet no estaría sincronizado, no sabríamos la distancia a otros planetas y estrellas, etc.
En horas se toman por segundo 9.192.631.770 periodos de radiación electromagnética, que se produjeron durante la transición entre dos niveles de energía del átomo de cesio-133. Tales relojes se llaman relojes de cesio. Pero este es solo uno de los tres tipos de relojes atómicos. También hay relojes de hidrógeno y rubidio. Sin embargo, los relojes de cesio se usan con mayor frecuencia, por lo que no nos detendremos en otros tipos.
Cómo funciona un reloj atómico de cesio
El láser calienta los átomos del isótopo de cesio y en ese momento, el resonador incorporado registra todas las transiciones de los átomos. Y, como se mencionó anteriormente, después de llegar a 9.192.631.770 transiciones, se cuenta un segundo.
Un láser integrado en la caja del reloj calienta los átomos del isótopo de cesio. En este momento, el resonador registra el número de transiciones de átomos a un nuevo nivel de energía. Cuando se alcanza una determinada frecuencia, a saber, 9.192.631.770 transiciones (Hz), se cuenta un segundo, según el sistema internacional SI.
Uso en navegación por satélite
El proceso de determinar la ubicación exacta de un objeto usando un satélite es muy difícil. Varios satélites están involucrados en esto, a saber, más de 4 por receptor (por ejemplo, un navegador GPS en un automóvil).
Cada satélite tiene un reloj atómico de alta precisión, un transmisor de radio satelital y un generador de código digital. El transmisor de radio envía un código digital e información sobre el satélite a la Tierra, a saber, parámetros de órbita, modelo, etc.
El reloj determina cuánto tarda este código en llegar al receptor. Así, conociendo la velocidad de propagación de las ondas de radio, se calcula la distancia al receptor en la Tierra. Pero un satélite no es suficiente para esto. GPS moderno Los receptores pueden recibir señales de 12 satélites simultáneamente, lo que le permite determinar la ubicación del objeto con una precisión de 4 metros. Por cierto, vale la pena señalar que los navegadores GPS no requieren una tarifa de suscripción.
Una sensación se ha extendido por todo el mundo científico: ¡el tiempo se está evaporando de nuestro Universo! Hasta el momento, esto es solo una hipótesis de los astrofísicos españoles. Pero el hecho de que el flujo del tiempo en la Tierra y en el espacio sea diferente ya ha sido probado por los científicos. El tiempo fluye más lentamente bajo la influencia de la gravedad, acelerándose a medida que te alejas del planeta. La tarea de sincronizar el tiempo terrestre y cósmico se realiza mediante patrones de frecuencia de hidrógeno, que también se denominan "relojes atómicos".
Primero tiempo atómico apareció junto con el advenimiento de la astronáutica, los relojes atómicos aparecieron a mediados de la década de 1920. Ahora los relojes atómicos se han vuelto comunes, cada uno de nosotros los usa todos los días: funcionan con comunicaciones digitales, GLONAS, navegación y transporte.
Propietarios teléfonos móviles Apenas pienso en lo que trabajo duro en el espacio se lleva a cabo para una sincronización de tiempo ajustada, pero estamos hablando de solo millonésimas de segundo.
El estándar de tiempo exacto se almacena en la región de Moscú, en el Instituto Científico de Mediciones Físico-Técnicas y Radio-Técnicas. Hay 450 relojes de este tipo en el mundo.
Rusia y EE. UU. son los monopolistas de los relojes atómicos, pero en EE. UU. los relojes funcionan a base de cesio, un metal radiactivo muy dañino para el medio ambiente, y en Rusia, a base de hidrógeno, un material más seguro y duradero.
Este reloj no tiene esfera ni manecillas: parece un gran barril hecho de metales raros y valiosos, lleno de los más Tecnologías avanzadas- alta precisión instrumentos de medición y equipos con estándares atómicos. El proceso de su creación es muy largo, complejo y se desarrolla en condiciones de absoluta esterilidad.
Durante 4 años, el reloj instalado en el satélite ruso ha estado estudiando la energía oscura. Según los estándares humanos, pierden precisión en 1 segundo en muchos millones de años.
Muy pronto, se instalará un reloj atómico en Spektr-M, un observatorio espacial que verá cómo se forman las estrellas y los exoplanetas, mira por el borde calabozo en el centro de nuestra galaxia. Según los científicos, debido a la monstruosa gravedad, el tiempo fluye aquí tan lentamente que casi se detiene.
tvroscosmos
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 más tarde (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.
