Atomski sat. Gledajte povijest

Prvo, sat koristi čovječanstvo kao sredstvo kontrole programskog vremena.

Drugo, danas je mjerenje vremena ujedno i najtočnija vrsta mjerenja od svih provedenih: točnost mjerenja vremena sada je određena nevjerojatnom pogreškom reda veličine 1 10-11%, odnosno 1 s u 300 tisuća godina.

A moderni ljudi postigli su takvu točnost kada su počeli koristiti atoma, koji su, kao rezultat svojih oscilacija, regulator atomskog sata. Atomi cezija su u dva energetska stanja koja su nam potrebna (+) i (-). Elektromagnetsko zračenje s frekvencijom od 9,192,631,770 herca nastaje kada se atomi kreću iz stanja (+) u (-), stvarajući precizan konstantan periodični proces - kontroler koda atomskog sata.

Da bi atomski satovi radili točno, cezij se mora ispariti u peći, uslijed čega se njegovi atomi izbacuju. Iza pećnice je magnet za sortiranje, koji ima propusnost atoma u (+) stanju, a u njemu, uslijed zračenja u mikrovalnom polju, atomi prelaze u (-) stanje. Drugi magnet usmjerava atome koji su promijenili stanje (+) u (-) na uređaj za primanje. Mnogi atomi koji su promijenili svoje stanje dobivaju se samo ako se frekvencija mikrovalnog emitera točno poklapa s frekvencijom vibracija cezija 9 192 631 770 herca. Inače, broj atoma (-) u prijemniku se smanjuje.

Instrumenti stalno prate i prilagođavaju konstantnost frekvencije 9 192 631 770 herca. Dakle, ostvario se san dizajnera satova, pronađen je apsolutno konstantan periodični proces: frekvencija od 9,192,631,770 herca, koja regulira tijek atomskih satova.

Danas, kao rezultat međunarodnog sporazuma, drugi je definiran kao razdoblje zračenja pomnoženo s 9,192,631,770, što odgovara prijelazu između dvije hiperfine strukturne razine osnovnog stanja atoma cezija (izotop cezij-133).

Za mjerenje točnog vremena možete koristiti i vibracije drugih atoma i molekula, kao što su atomi kalcija, rubidija, cezija, stroncija, molekule vodika, joda, metana itd. Međutim, zračenje atoma cezija prepoznaje se kao frekvencijski standard. Kako bi se usporedile vibracije različitih atoma sa standardom (cezijem), stvoren je titan-safirni laser koji generira široko frekvencijsko područje u rasponu od 400 do 1000 nm.

Prvi tvorac kvarcnih i atomskih satova bio je engleski eksperimentalni fizičar Essen Lewis (1908.-1997.). Godine 1955. stvorio je prvi standard atomske frekvencije (vremena) na snopu atoma cezija. Kao rezultat ovog rada, 3 godine kasnije (1958.) pojavila se vremenska usluga temeljena na standardu atomske frekvencije.

U SSSR-u je akademik Nikolaj Genadijevič Basov iznio svoje ideje za stvaranje atomskih satova.

Tako, atomski sat, jedan od točnih tipova satova je uređaj za mjerenje vremena, gdje se kao njihalo koriste prirodne oscilacije atoma ili molekula. Stabilnost atomskih satova najbolja je od svih postojeće vrste sati, što je zalog najviša preciznost. Generator atomskog sata proizvodi više od 32.768 impulsa u sekundi, za razliku od konvencionalnih satova. Oscilacije atoma ne ovise o temperaturi zraka, vibracijama, vlazi i mnogim drugim vanjskim čimbenicima.

NA moderni svijet, kada je navigacija jednostavno neizostavna, postali su atomski satovi nezamjenjivi pomoćnici. Oni su u stanju locirati svemirski brod, satelit, balistički projektil, zrakoplov, podmornica, auto automatski po satelitu.

Tako se posljednjih 50 godina atomski satovi, odnosno cezijevi satovi, smatraju najtočnijim. Odavno ih koriste službe za mjerenje vremena, a vremenske signale emitiraju i neke radio postaje.

Uređaj atomskog sata sastoji se od 3 dijela:

kvantni diskriminator,

kvarcni oscilator,

elektronički kompleks.

Kvarcni oscilator generira frekvenciju (5 ili 10 MHz). Oscilator je RC radio generator, u kojem se piezoelektrični modovi kvarcnog kristala koriste kao rezonantni element, gdje se uspoređuju atomi koji su promijenili stanje (+) u (-). Kako bi se povećala stabilnost, njegova frekvencija je konstantno u usporedbi s oscilacijama kvantnog diskriminatora (atoma ili molekula) . Kada postoji razlika u oscilacijama, elektronika podešava frekvenciju kvarcnog oscilatora na nulu, čime se povećava stabilnost i točnost sata na željenu razinu.

U suvremenom svijetu atomski satovi se mogu izraditi u bilo kojoj zemlji svijeta za upotrebu Svakidašnjica. Vrlo su male veličine i lijepe. Veličina najnovijeg noviteta atomskih satova nije veća od kutija šibica i njihova niska potrošnja energije - manje od 1 W. I to nije granica, možda u budućnosti tehnički napredak stiže do mobitela. U međuvremenu, kompaktni atomski satovi ugrađeni su samo na strateške rakete kako bi se višestruko povećala točnost navigacije.

Danas se u online trgovinama mogu kupiti muški i ženski atomski satovi za svaki ukus i proračun.

2011. godine Symmetricom i Nacionalni laboratorij Sandia izradili su najmanji atomski sat na svijetu. Ovaj sat, 100 puta kompaktniji od prethodnog komercijalno dostupne verzije. Veličina atomskog kronometra nije veća od kutije šibica. Za rad mu je potrebno 100 mW snage, što je 100 puta manje od svojih prethodnika.

Bilo je moguće smanjiti veličinu sata ugradnjom umjesto opruga i zupčanika mehanizma koji radi na principu određivanja frekvencije elektromagnetskih valova koje emitiraju atomi cezija pod utjecajem laserske zrake zanemarive snage.

Takvi satovi se koriste u navigaciji, kao i u radu rudara, ronilaca, gdje je potrebno precizno sinkronizirati vrijeme s kolegama na površini, kao i točne vremenske usluge, jer je pogreška atomskih satova manja od 0,000001 frakcije od sekunde dnevno. Cijena rekordno malog atomskog sata Symmetricom iznosila je oko 1500 dolara.

Novi poticaj u razvoju uređaja za mjerenje vremena dali su atomski fizičari.

Godine 1949. izgrađen je prvi atomski sat, gdje izvor oscilacija nije bio njihalo ili kvarcni oscilator, već signali povezani s kvantnim prijelazom elektrona između dvije energetske razine atoma.

U praksi se pokazalo da takvi satovi nisu baš točni, štoviše, bili su glomazni i skupi i nisu bili široko korišteni. Tada je odlučeno da se okrene kemijskom elementu - ceziju. A 1955. godine pojavio se prvi atomski sat baziran na atomima cezija.

Godine 1967. odlučeno je prijeći na standard atomskog vremena, budući da se Zemljina rotacija usporava i veličina tog usporavanja nije konstantna. To je uvelike otežavalo rad astronoma i čuvara vremena.

Zemlja se trenutno okreće brzinom od oko 2 milisekunde na 100 godina.

Fluktuacije u trajanju dana dosežu i tisućinke sekunde. Stoga je točnost srednjeg vremena po Greenwichu (svjetski standard od 1884.) postala nedovoljna. Godine 1967. dogodio se prijelaz na standard atomskog vremena.

Danas je sekunda vremenski period točno jednak 9,192,631,770 razdoblja zračenja, što odgovara prijelazu između dvije hiperfine razine osnovnog stanja atoma Cezija 133.

Trenutno se kao vremenska skala koristi koordinirano univerzalno vrijeme. Formira ga Međunarodni ured za utege i mjere kombiniranjem podataka iz laboratorija za mjerenje vremena različitih zemalja, kao i podataka Međunarodne službe za rotaciju Zemlje. Njegova je točnost gotovo milijun puta bolja od astronomskog srednjeg vremena po Greenwichu.

Razvijena je tehnologija koja će omogućiti radikalno smanjenje veličine i cijene ultrapreciznih atomskih satova, što će omogućiti njihovu široku upotrebu u mobilnim uređajima za različite namjene. Znanstvenici su uspjeli stvoriti atomski vremenski standard ultra male veličine. Takvi atomski satovi troše manje od 0,075 W i imaju grešku ne veću od jedne sekunde u 300 godina.

Američki istraživački tim uspio je stvoriti ultra-kompaktni atomski standard. Postalo je moguće napajati atomske satove iz konvencionalnih AA baterija. Ultraprecizni atomski satovi, obično najmanje metar visoki, postavljeni su u volumen od 1,5x1,5x4 mm

Eksperimentalni atomski sat baziran na jednom živinom ionu razvijen je u Sjedinjenim Državama. Oni su pet puta točniji od cezija, koji su prihvaćeni kao međunarodni standard. Cezijevi satovi toliko su točni da će se razlika od jedne sekunde postići tek nakon 70 milijuna godina, a za živine satove to će razdoblje biti 400 milijuna godina.

Godine 1982., u sporu između astronomske definicije standarda vremena i onih koji su ga pobijedili atomski sat intervenirao novi astronomski objekt - milisekundni pulsar. Ti su signali stabilni kao i najbolji atomski satovi

Dali si znao?

Prvi sat u Rusiji

Godine 1412. u Moskvi je postavljen sat u dvorištu velikog kneza iza crkve Blagovijesti, a izradio ih je Lazar, srpski monah koji je došao iz srpske zemlje. Nažalost, opis ovih prvih satova u Rusiji nije sačuvan.

Kako su se zvona pojavila na Spasskoj kuli Moskovskog Kremlja?

U 17. stoljeću, Englez Christopher Galovey napravio je zvonce za toranj Spasskaya: satni krug bio je podijeljen na 17 sektora, jedina kazaljka sata bila je nepomična, usmjerena prema dolje i usmjerena prema bilo kojem broju na brojčaniku, ali sam brojčanik se okretao.

Jeste li ikada primijetili da vaš sat u kući pokazuje drugačije vrijeme? I kako razumjeti koja je od svih opcija ispravna? Odgovore na sva ova pitanja naučit ćemo pomnim proučavanjem principa rada atomskih satova.

Atomski sat: opis i princip rada

Prvo shvatimo koji je mehanizam atomskog sata. Atomski sat je uređaj koji mjeri vrijeme, ali koristi vlastite vibracije kao periodičnost procesa, a sve se događa na atomskoj i molekularnoj razini. Otuda i točnost.

Može se reći da su atomski satovi najtočniji! Zahvaljujući njima internet i GPS navigacija funkcioniraju u svijetu, znamo točan položaj planeta u Sunčev sustav. Greška ovog uređaja je toliko minimalna da sa sigurnošću možemo reći da su svjetske klase! Zahvaljujući atomskim satovima odvija se cjelokupna svjetska sinkronizacija, zna se gdje se nalaze određene promjene.

Tko je izumio, tko je stvorio i tko je smislio ovaj čudesni sat?

Još ranih četrdesetih godina dvadesetog stoljeća bilo je poznato za atomski snop magnetske rezonancije. U početku se njegova primjena ni na koji način nije ticala satova - to je bila samo teorija. No, već 1945. godine Isidor Rabi je predložio stvaranje uređaja, čiji je koncept bio da rade na temelju gore navedene tehnike. No, posloženi su tako da su pokazali netočne rezultate. I već 1949. godine Nacionalni ured za standarde izvijestio je cijeli svijet o stvaranju prvog atomskog sata, koji se temeljio na molekularnim spojevima amonijaka, a već 1952. godine svladane su tehnologije za stvaranje prototipa na temelju atoma cezija.

Kad čujemo o atomima amonijaka i cezija, postavlja se pitanje, ali jesu li ovi divni satovi radioaktivni? Odgovor je nedvosmislen – ne! Nemaju atomski raspad.

Danas postoji mnogo materijala od kojih se izrađuju atomski satovi. Na primjer, to je silicij, kvarc, aluminij, pa čak i srebro.

Kako uređaj radi?

Pogledajmo kako izgledaju i rade satovi na nuklearni pogon. Da bismo to učinili, nudimo opis njihovog rada:

Za ispravno funkcioniranje ovog sata nije potrebno njihalo, niti kvarcni oscilator. Koriste signale koji nastaju zbog kvantnog prijelaza jednog elektrona između dvije energetske razine atoma. Kao rezultat, u mogućnosti smo promatrati elektromagnetski val. Drugim riječima, dobivamo česte fluktuacije i ultravisoku razinu stabilnosti sustava. Svake godine, zbog novih otkrića, procesi se moderniziraju. Ne tako davno, stručnjaci Nacionalnog instituta fStandardsand Technology (NIST) postali su prvaci i postavili apsolutni svjetski rekord. Uspjeli su dovesti točnost atomskog sata (temeljenog na stronciju) na vrlo minimalno odstupanje, naime: tijekom 15 milijardi godina radi jedna sekunda. Da, da, nije vam se činilo da je ovo doba koje se sada pripisuje našem Svemiru. Ovo je veliko otkriće! Uostalom, upravo je stroncij odigrao najvažniju ulogu u ovom zapisu. Pokretni atomi stroncija u njegovoj prostornoj rešetki, koje su znanstvenici stvorili pomoću lasera, djelovali su kao analog "tickanja". Kao i uvijek u znanosti, u teoriji sve djeluje očaravajuće i već poboljšano, ali nestabilnost takvog sustava može se pokazati manje radosnom u praksi. Upravo je zbog svoje nestabilnosti uređaj na bazi cezija stekao svjetsku popularnost.

Sada razmislite od čega se sastoji takav uređaj. Glavni detalji ovdje su:

• kvantni diskriminator;
• kvarcni generator;
• elektronika.

Kvarcni oscilator je vrsta autooscilatora, ali za proizvodnju rezonantnog elementa koristi piezoelektrične modove kvarcnog kristala.

Imajući kvantni diskriminator i kvarcni oscilator, pod utjecajem njihove frekvencije, oni se uspoređuju i, ako se otkrije razlika, sklop Povratne informacije zahtijeva da se kristalni oscilator prilagodi traženoj vrijednosti i poboljša stabilnost i točnost. Kao rezultat toga, na izlazu vidimo na brojčaniku točna vrijednost, što znači točno vrijeme.

Rani modeli imali su dosta velike veličine, međutim, u listopadu 2013. BathysHawaii je napravio potres puštanjem minijaturnog nuklearnog ručni sat. Isprva su ovu izjavu svi shvatili kao šalu, no ubrzo je postalo jasno da je to doista istina, a funkcioniraju na bazi atomskog izvora Cezija 133. Sigurnost uređaja osigurava činjenica da je radioaktivni element sadržane u obliku plina u posebnoj kapsuli. Fotografije ovog uređaja razasute po cijelom svijetu.

Mnogi u temi atomskih satova zainteresirani su za pitanje izvora energije. Baterija je litij-ionska baterija. No, nažalost, još se ne zna koliko će takva baterija izdržati.

Sat BathysHawaii bio je uistinu prvi atomski ručni sat. Ranije su već bili poznati slučajevi puštanja relativno prijenosnog uređaja, ali, nažalost, nije imao atomski izvor energije, već samo sinkroniziran sa stvarnim ukupnim satovima putem bežičnog radija. Također je vrijedno spomenuti cijenu takvog gadgeta. Zadovoljstvo je procijenjeno na 12 tisuća američkih dolara. Bilo je jasno da s takvom cijenom satovi neće dobiti široku popularnost, ali tvrtka nije težila tome, jer su ih pustili u vrlo ograničenoj seriji.

Znamo za nekoliko vrsta atomskih satova. Nema značajnih razlika u njihovom dizajnu i principima, ali ipak postoje neke razlike. Dakle, glavni su u sredstvima pronalaženja promjena i njihovih elemenata. Mogu se razlikovati sljedeće vrste satova:

1. Vodik. Njihova suština leži u činjenici da su atomi vodika podržani na odgovarajućoj razini energije, ali zidovi su napravljeni od poseban materijal. Na temelju toga zaključujemo da su atomi vodika ti koji vrlo brzo gube energetsko stanje.
2. cezij. Osnova za njih su cezijeve grede. Vrijedi napomenuti da su ovi satovi najtočniji.
3. Rubidij. Oni su najjednostavniji i vrlo kompaktni.

Kao što je ranije spomenuto, atomski satovi su vrlo skupi gadget. Tako je džepni sat Hoptroff br. 10 svijetli predstavnik nove generacije igračaka. Cijena takvog elegantnog i vrlo preciznog pribora je 78 tisuća dolara. Objavljeno je samo 12 primjeraka. Mehanizam ovog uređaja koristi visokofrekventni oscilatorni sustav, koji je također opremljen GPS signalom.

Tvrtka tu nije stala i upravo u svojoj desetoj verziji sata želi primijeniti metodu stavljanja mehanizma u zlatnu kutiju, koja će biti ispisana na popularnom 3D printeru. Još uvijek nije izračunato koliko će točno zlata biti upotrijebljeno za ovu verziju kućišta, no već je poznata procijenjena maloprodajna cijena ovog remek-djela – iznosila je oko 50 tisuća funti sterlinga. I ovo nije konačna cijena, iako uzima u obzir sve količine istraživanja, kao i novost i jedinstvenost samog gadgeta.

Povijesne činjenice o korištenju satova

Kako, kad govorimo o atomskim satovima, da ne govorimo najviše Zanimljivosti, koji su povezani s njima i vremenom općenito:

1. Jeste li znali da u drevni Egipt najstariji sunčani sat ikada pronađen?
2. Pogreška atomskih satova je minimalna – iznosi samo 1 sekundu za 6 milijuna godina.
3. Svi znaju da u minuti ima 60 sekundi. No, malo je ljudi zadubljeno u to koliko je milisekundi u jednoj sekundi? A nije ih mnogo i nije malo – tisuću!
4. Svaki turist koji je uspio posjetiti London zasigurno je htio vidjeti Big Ben vlastitim očima. No, nažalost, malo ljudi zna da Big Ben uopće nije toranj, već ime ogromnog zvona koje je teško 13 tona i zvoni unutar tornja.
5. Jeste li se ikada zapitali zašto kazaljke na našim satovima idu točno s lijeva na desno ili kako smo govorili "kazalo na satu"? Ova je činjenica izravno povezana s kretanjem sjene na sunčanom satu.
6. Prvi ručni sat izumljen je nedavne 1812. Izradio ih je osnivač Bregueta za napuljsku kraljicu.
7. Prije Prvog svjetskog rata ručni satovi su smatrani samo ženskim dodatkom, no ubrzo ih je zbog praktičnosti odabrao i muški dio stanovništva.

Atomski satovi su danas najprecizniji instrumenti za mjerenje vremena i postaju sve popularniji. veća vrijednost s razvojem i komplikacijama moderne tehnologije.

Princip rada

Atomski satovi drže točno vrijeme ne zbog radioaktivnog raspada, kako bi se moglo činiti iz njihovog imena, već pomoću vibracija jezgri i elektrona koji ih okružuju. Njihova frekvencija određena je masom jezgre, gravitacijom i elektrostatičkim "balansom" između pozitivno nabijene jezgre i elektrona. Ne odgovara sasvim uobičajenom satu. Atomski satovi su pouzdaniji mjeritelji vremena jer se njihove fluktuacije ne mijenjaju ovisno o takvim čimbenicima. okoliš poput vlage, temperature ili tlaka.

Evolucija atomskih satova

Tijekom godina, znanstvenici su shvatili da atomi imaju rezonantne frekvencije povezane sa sposobnošću svakog da apsorbira i emitira elektromagnetsko zračenje. U 1930-im i 1940-im godinama razvijena je visokofrekventna komunikacijska i radarska oprema koja je mogla komunicirati s rezonancijskim frekvencijama atoma i molekula. To je pridonijelo ideji o satu.

Prvi primjerci napravljeni su 1949. godine Nacionalni institut standarde i tehnologije (NIST). Kao izvor vibracija korišten je amonijak. Međutim, nisu bili puno točniji od postojećeg vremenskog standarda, a cezij je korišten u sljedećoj generaciji.

novi standard

Promjena u točnosti vremena bila je tolika da je 1967. Generalna konferencija za utege i mjere definirala SI sekundu kao 9 192 631 770 vibracija atoma cezija na njegovoj rezonantnoj frekvenciji. To je značilo da vrijeme više nije povezano s kretanjem Zemlje. Najstabilniji atomski sat na svijetu stvoren je 1968. godine i korišten je kao dio NIST vremenskog referentnog sustava do 1990-ih.

Automobil za poboljšanje

Jedno od najnovijih dostignuća u ovom području je lasersko hlađenje. To je poboljšalo omjer signala i šuma i smanjilo nesigurnost u signalu sata. Ovaj rashladni sustav i druga oprema korištena za poboljšanje cezijevog sata zahtijevali bi prostor veličine željezničkog vagona za smještaj, iako komercijalne opcije mogu stati u kofer. Jedan od ovih laboratorijske prostorije broji vrijeme u Boulderu, Colorado, i najviše je precizan sat na tlu. Oni griješe samo za 2 nanosekunde dnevno, ili 1 s u 1,4 milijuna godina.

Sofisticirana tehnologija

Ova ogromna točnost rezultat je složenosti tehnološki proces. Prije svega, tekući cezij se stavlja u peć i zagrijava dok se ne pretvori u plin. Atomi metala izlaze velikom brzinom kroz malu rupu u peći. Elektromagneti uzrokuju njihovo razdvajanje u zasebne snopove s različitim energijama. Potrebna zraka prolazi kroz rupu u obliku slova U, a atomi su izloženi mikrovalnoj energiji na frekvenciji od 9.192.631.770 Hz. Zbog toga su uzbuđeni i prelaze u drugo energetsko stanje. Magnetsko polje zatim filtrira druga energetska stanja atoma.

Detektor reagira na cezij i pokazuje maksimum na ispravnoj vrijednosti frekvencije. To je potrebno za postavljanje kristalnog oscilatora koji kontrolira mehanizam takta. Podijelite njegovu frekvenciju s 9.192.631.770 daje jedan impuls u sekundi.

Ne samo cezij

Iako najčešći atomski satovi koriste svojstva cezija, postoje i druge vrste. Razlikuju se po primijenjenom elementu i načinu određivanja promjene razine energije. Ostali materijali su vodik i rubidij. Vodikovi atomski satovi funkcioniraju kao i cezijevi satovi, ali zahtijevaju spremnik sa stijenkama izrađenim od posebnog materijala koji sprječava da atomi prebrzo gube energiju. Rubidijevi satovi su najjednostavniji i najkompaktniji. U njima staklena ćelija ispunjena plinovitim rubidijem mijenja apsorpciju svjetlosti kada je izložena mikrovalnoj frekvenciji.

Kome treba točno vrijeme?

Danas se vrijeme može računati s iznimnom preciznošću, ali zašto je to važno? To je neophodno u sustavima kao što su Mobiteli, internet, GPS, zrakoplovni programi i digitalna televizija. Na prvi pogled to nije očito.

Primjer koliko se točno vrijeme koristi je sinkronizacija paketa. Kroz srednja linija komunikacije prolaze kroz tisuće telefonskih poziva. To je moguće samo zato što se razgovor ne prenosi u potpunosti. Telekomunikacijska tvrtka dijeli ga u male pakete i čak preskače neke informacije. Zatim prolaze kroz liniju zajedno s paketima drugih razgovora i vraćaju se na drugom kraju bez miješanja. Sustav sata telefonske centrale može odrediti koji paketi pripadaju danom razgovoru prema točnom vremenu kada je informacija poslana.

GPS

Druga implementacija preciznog vremena je globalni sustav pozicioniranja. Sastoji se od 24 satelita koji prenose svoje koordinate i vrijeme. Svaki GPS prijamnik može se povezati s njima i usporediti vrijeme emitiranja. Razlika omogućuje korisniku da odredi svoju lokaciju. Da ti satovi nisu vrlo točni, onda bi GPS sustav bio nepraktičan i nepouzdan.

Granica savršenstva

S razvojem tehnologije i atomskih satova, netočnosti svemira postale su uočljive. Zemlja se kreće neravnomjerno, što dovodi do nasumičnih fluktuacija u duljini godina i dana. U prošlosti bi te promjene ostale nezapažene jer su alati za mjerenje vremena bili previše netočni. Međutim, na veliko zgražanje istraživača i znanstvenika, vrijeme atomskih satova mora se prilagoditi kako bi se kompenzirale anomalije. stvarnom svijetu. Oni su nevjerojatni alati za unapređenje moderne tehnologije, ali njihovo savršenstvo ograničeno je granicama koje postavlja sama priroda.

Često čujemo frazu da atomski satovi uvijek pokazuju točno vrijeme. Ali iz njihovog imena teško je razumjeti zašto su atomski satovi najtočniji ili kako rade.

Činjenica da naziv sadrži riječ "atomski" uopće ne znači da je sat opasan po život, čak i ako vam odmah padnu na pamet misli o atomskoj bombi ili nuklearnoj elektrani. U ovom slučaju govorimo samo o principu sata. Ako u običnom mehanički sat vibracijska kretanja vrše zupčanici i broje se njihova kretanja, zatim se u atomskim satovima broje vibracije elektrona unutar atoma. Da bismo bolje razumjeli princip rada, prisjetimo se fizike elementarnih čestica.

Sve tvari u našem svijetu sastoje se od atoma. Atomi se sastoje od protona, neutrona i elektrona. Protoni i neutroni se međusobno spajaju i tvore jezgru, koja se također naziva nukleon. Elektroni se kreću oko jezgre, koja može biti na različitim energetskim razinama. Najzanimljivije je to što se elektron pri upijanju ili odavanju energije može pomaknuti sa svoje energetske razine na višu ili nižu. Elektron može primati energiju od elektromagnetskog zračenja apsorbirajući ili emitirajući elektromagnetsko zračenje određene frekvencije pri svakom prijelazu.

Najčešće postoje satovi u kojima se mijenjaju atomi elementa Cezij -133. Ako za 1 sekundu njihalo konvencionalni satovi napravi 1 oscilatorno gibanje, zatim elektroni u atomskim satovima na bazi cezija-133, pri prelasku s jedne energetske razine na drugu emitiraju elektromagnetsko zračenje frekvencije 9192631770 Hz. Ispada da je jedna sekunda podijeljena na točno ovaj broj intervala, ako se računa u atomskim satovima. Ovu vrijednost službeno je usvojila međunarodna zajednica 1967. godine. Zamislite ogroman brojčanik, gdje nema 60, već 9192631770 podjela, koji su samo 1 sekunda. Nije iznenađujuće da su atomski satovi toliko precizni i da imaju niz prednosti: atomi ne stare, ne troše se, a frekvencija osciliranja uvijek će biti ista za jedan kemijski element, zahvaljujući čemu je moguće istovremeno uspoređivati , na primjer, očitanja atomskih satova daleko u svemiru i na Zemlji, ne bojeći se grešaka.

Zahvaljujući atomskim satovima, čovječanstvo je u praksi moglo provjeriti ispravnost teorije relativnosti i uvjeriti se u to, nego na Zemlji. Atomski satovi su instalirani na mnogim satelitima i svemirskim letjelicama, koriste se za telekomunikacijske potrebe, za mobilne komunikacije, uspoređuju točno vrijeme na cijelom planetu. Bez pretjerivanja, upravo je zahvaljujući izumu atomskog sata čovječanstvo moglo ući u eru visoke tehnologije.

Kako rade atomski satovi?

Cezij-133 se zagrijava isparavanjem atoma cezija, koji prolaze kroz magnetsko polje, gdje se odabiru atomi sa željenim energetskim stanjima.

Zatim odabrani atomi prolaze kroz magnetsko polje frekvencije blizu 9192631770 Hz, što stvara kvarcni oscilator. Pod utjecajem polja atomi cezija ponovno mijenjaju svoja energetska stanja i padaju na detektor koji fiksira kada najveći broj padajući atomi imat će "ispravno" energetsko stanje. Maksimalni iznos atoma s promijenjenim energetskim stanjem pokazuje da je frekvencija mikrovalnog polja ispravno odabrana, a zatim se njena vrijednost unosi u elektronički uređaj- djelitelj frekvencije, koji, smanjenjem frekvencije za cijeli broj puta, dobiva broj 1, što je referentna sekunda.

Dakle, atomi cezija se koriste za provjeru je li frekvencija točna magnetsko polje generira kristalni oscilator, pomažući da se on održi konstantnim.

Zanimljivo je: iako su atomski satovi koji postoje danas neviđeno točni i mogu raditi bez grešaka milijunima godina, fizičari neće stati na tome. Koristeći atome raznih kemijski elementi, oni neprestano rade na poboljšanju točnosti atomskih satova. Iz najnoviji izumi- atomski sat stroncij, koji su tri puta točniji od svog cezijevog kolege. Trebalo bi im 15 milijardi godina da zaostanu samo za sekundu – vrijeme duže od starosti našeg svemira…

Ako pronađete pogrešku, označite dio teksta i kliknite Ctrl+Enter.