Atomski sat 27. siječnja 2016
Švicarska, pa čak ni Japan, neće biti rodno mjesto prvog džepnog sata na svijetu s ugrađenim standardom za atomsko vrijeme. Ideja o njihovom stvaranju potekla je u srcu Velike Britanije od londonskog brenda Hoptroff
Atomski, ili kako ih još zovu "kvantni satovi", je uređaj koji mjeri vrijeme koristeći prirodne vibracije povezane s procesima koji se odvijaju na razini atoma ili molekula. Richard Hoptroff odlučio je da je vrijeme da moderna gospoda koja se zanimaju za uređaje visoke tehnologije promijene džep mehanički satovi na nešto ekstravagantnije i nesvakidašnje, a također u skladu s modernim urbanim trendovima.
Dakle, publika je na svoj način prikazana elegantno. izgled Džep atomski sat Hoptroff br. 10, koji može iznenaditi modernu generaciju, mamljenu obiljem gadgeta, ne samo retro stilom i fantastičnom preciznošću, već i vijekom trajanja. Prema programerima, imajući ovaj sat sa sobom, moći ćete ostati najtočnija osoba najmanje 5 milijardi godina.
Što još možete saznati o njima zanimljivo...
Fotografija 2. 
Za sve one koje ovakvi satovi nikada nisu zanimali, vrijedi ukratko opisati princip njihova rada. Unutar “atomske naprave” nema ničega što nalikuje klasičnom mehaničkom satu. U Hoptroffu br. 10 nema mehaničkih dijelova kao takvih. Umjesto toga, atomski džepni satovi opremljeni su zapečaćenom komorom ispunjenom radioaktivnom plinovitom tvari, čija se temperatura kontrolira posebnom peći. Točno vrijeme je sljedeće: laseri pobuđuju atome kemijski element, koji je svojevrsno "punilo" sata, a rezonator hvata i mjeri svaki atomski prijelaz. Danas je osnovni element takvih uređaja cezij. Ako se prisjetimo SI sustava jedinica, tada je u njemu vrijednost sekunde povezana s brojem razdoblja elektromagnetskog zračenja tijekom prijelaza atoma cezija-133 s jedne energetske razine na drugu.
Fotografija 3. 
Ako se u pametnim telefonima procesorski čip smatra srcem uređaja, onda u Hoptroffu br. 10 ovu ulogu preuzima modul-generator referentnog vremena. Isporučuje ga Symmetricom, a sam čip je izvorno bio usmjeren na korištenje u vojnoj industriji – u bespilotnim letjelicama.
Atomski sat CSAC opremljen je termostatom s kontroliranom temperaturom koji sadrži komoru za cezijevu paru. Pod utjecajem lasera na atome cezija-133 počinje njihov prijelaz iz jednog energetskog stanja u drugo, za što se mjeri mikrovalni rezonator. Od 1967. Međunarodni sustav jedinica (SI) definira jednu sekundu kao 9,192,631,770 razdoblja elektromagnetskog zračenja koje proizlazi iz prijelaza između dvije hiperfine razine osnovnog stanja atoma cezija-133. Na temelju toga teško je zamisliti tehnički točniji sat na bazi cezija. S vremenom, s nedavnim napretkom u mjerenju vremena, novi optički satovi bazirani na aluminijskom ionu koji pulsira ultraljubičastom frekvencijom (100 000 puta više od mikrovalnih frekvencija od cezijevih satova) bit će stotine puta točniji od atomskih satova. Govoreći prostim jezikom, Hoptroffov novi džepni sat br. 10 ima točnost od 0,0015 sekundi godišnje, 2,4 milijuna puta bolje od COSC standarda.
Fotografija 4. 
Funkcionalna strana uređaja također je na rubu fantazije. Pomoću njega možete saznati: vrijeme, datum, dan u tjednu, godinu, širinu i dužinu u različite vrijednosti, tlak, vlaga, sideralni sati i minute, prognoza plime i oseke i mnogi drugi pokazatelji. Sat dolazi u zlatnoj boji, a planira se koristiti 3D ispis za izradu kućišta od plemenitog metala.
Richard Hoptrof iskreno vjeruje da je ova konkretna proizvodna opcija za njegovo potomstvo najpoželjnija. Da biste malo promijenili komponentu dizajna strukture, uopće neće biti potrebno obnavljati proizvodna linija, ali za to koristiti funkcionalnu fleksibilnost uređaja za 3D ispis. Istina, vrijedno je napomenuti da je prikazani prototip sata izrađen na klasičan način.
Fotografija 5. 
Vrijeme je ovih dana vrlo dragocjeno, a džepni sat Hoptroff No. 10 je izravna potvrda toga. Prema preliminarnim informacijama, prva serija nuklearnih uređaja bit će 12 jedinica, a što se tiče cijene, cijena za 1 primjerak bit će 78.000 dolara.
Fotografija 6. 
Prema Richardu Hoptroffu, generalnom direktoru brenda, Hoptroffova londonska rezidencija odigrala je ključnu ulogu u ideji. “U našim kvarcnim pokretima koristimo visokoprecizni oscilatorni sustav s GPS signalom. Ali u centru Londona nije tako lako uhvatiti baš taj signal. Jednom sam, tijekom putovanja u Greenwich Observatory, tamo vidio atomski sat Hewlett Packarda i odlučio kupiti nešto slično za sebe putem interneta. I nisam mogao. Umjesto toga, naišao sam na informacije o Symmetricon čipu i nakon tri dana razmišljanja shvatio sam da bi bio savršen za džepni sat.”
Čip o kojem je riječ je SA.45s cezijev atomski sat (CSAC), prva generacija minijaturnih atomskih satova za GPS prijemnike, radio-uređaje i dronove. Unatoč svojim skromnim dimenzijama (40 mm x 34,75 mm), in ručni sat još uvijek je malo vjerojatno da će stati. Stoga je Hoptroff odlučio s njima opremiti prilično solidan džepni model (promjera 82 mm).
Osim što je najprecizniji sat na svijetu, Hoptroff No 10 (deseti mehanizam marke) također tvrdi da je prvo zlatno kućište napravljeno tehnologijom 3D ispisa. Hoptroff još nije siguran koliko će zlata biti potrebno za izradu kućišta (rad na prvom prototipu je dovršen kada je izdanje izašlo u tisak), ali sugerira da će njegova cijena biti "minimalno nekoliko tisuća funti". A s obzirom na cijeli volumen znanstveno istraživanje potrebna za razvoj proizvoda (mislite na funkciju harmonične plime za 3000 različitih luka), možemo očekivati da će njegova konačna maloprodajna cijena biti oko 50.000 funti.
Zlatna kutija modela br. 10 na izlazu iz 3D printera iu gotovom obliku
Kupci automatski postaju članovi ekskluzivnog kluba i morat će potpisati pismenu obvezu da neće koristiti čip atomskog sata kao oružje. “Ovo je jedan od uvjeta našeg ugovora s dobavljačem”, objašnjava gospodin Hoptroff, “jer je atomski čip izvorno korišten u sustavima za navođenje projektila.” Nije puno za mogućnost nabave sata s besprijekornom preciznošću.
Sretni vlasnici No.10 od Hoptroffa dobit će mnogo više od samo visoke točan sat. Model također obavlja funkciju džepnog navigacijskog uređaja koji vam omogućuje određivanje zemljopisne dužine s točnošću od jedne nautička miljačak i nakon mnogo godina na moru s jednostavnim sekstantom. Model će dobiti dva brojčanika, no dizajn jednog od njih još se čuva u tajnosti. Drugi je vrtlog brojača koji prikazuje čak 28 komplikacija: od svih mogućih kronometrijskih funkcija i kalendarskih pokazatelja do kompasa, termometra, higrometra (uređaj za mjerenje razine vlažnosti), barometra, brojača širine i dužine te indikatora visokog / oseke. I to da ne spominjemo vitalne pokazatelje stanja atomskog termostata.
Hoptroff planira lansirati niz novih proizvoda, uključujući elektroničku verziju legendarnog kompliciranog sata Space Traveler Georgea Danielsa. Trenutno se radi na tome da integriraju Bluetooth tehnologiju u sat kako bi pohranili osobne podatke korisnika i omogućili automatsku prilagodbu komplikacija kao što je prikaz mjesečeve faze.
Prvi primjerci br.10 pojavit će se u slijedeće godine, ali za sada tvrtka traži odgovarajuće partnere među trgovcima. “Mogli bismo ga svakako pokušati prodati putem interneta, ali ovo je premium model, tako da ga i dalje trebate držati u rukama da biste ga cijenili. To znači da ćemo i dalje morati koristiti usluge trgovaca i spremni smo za početak pregovora”, zaključuje gospodin Hoptroff.
I čak Originalni članak je na web stranici InfoGlaz.rf Link na članak iz kojeg je napravljena ova kopija -
Isidore Rabi, profesor fizike na Sveučilištu Columbia, predložio je nikada prije viđen projekt: sat koji radi na principu atomske zrake magnetske rezonancije. To se dogodilo 1945. godine, a već 1949. godine Nacionalni ured za standarde objavio je prvi radni prototip. Čitao je vibracije molekule amonijaka. Cezij je ušao u posao mnogo kasnije: model NBS-1 pojavio se tek 1952. godine.
Nacionalni fizikalni laboratorij u Engleskoj izradio je prvi sat sa cezijevim snopom 1955. godine. Više od deset godina kasnije, tijekom Generalne konferencije za utege i mjere, predstavljen je napredniji sat, također baziran na vibracijama u atomu cezija. Model NBS-4 korišten je do 1990. godine.
Vrste satova
Na ovaj trenutak Postoje tri vrste atomskih satova koji rade na otprilike istom principu. Cezijev sat, najtočniji, dijeli atom cezija magnetsko polje. Najjednostavniji atomski sat, sat rubidij, koristi plin rubidij zatvoren u staklenu žarulju. I, konačno, atomski satovi vodika uzimaju kao referentnu točku atome vodika zatvorene u ljusci poseban materijal- ne dopušta atomima da brzo izgube energiju.
Koliko je sati
Godine 1999 Nacionalni institut Američki standardi i tehnologija (NIST) predložili su još napredniju verziju atomskog sata. Model NIST-F1 ima grešku od samo jedne sekunde u dvadeset milijuna godina.
Najtočnije
No, fizičari NIST-a nisu tu stali. Znanstvenici su odlučili razviti novi kronometar, ovaj put baziran na atomima stroncija. Novi sat radi na 60% prethodnog modela, što znači da gubi jednu sekundu ne u dvadeset milijuna godina, već u čak pet milijardi.
Mjerenje vremena
Međunarodni sporazum odredio je jedinu točnu frekvenciju za rezonanciju čestice cezija. Ovo je 9,192,631,770 herca - dijeljenje izlaznog signala s ovim brojem daje točno jedan ciklus u sekundi.
U 21. stoljeću satelitska navigacija se razvija velikom brzinom. Možete odrediti položaj bilo kojeg objekta koji je na neki način povezan sa satelitima, bilo da se radi o mobitelu, automobilu ili letjelici. Ali ništa od toga ne bi se moglo postići bez atomskih satova.
Također, ovi satovi se koriste u raznim telekomunikacijama, na primjer, u mobilne komunikacije.Ovo je najprecizniji sat koji je ikada bio, jest i bit će. Bez njih internet ne bi bio sinkroniziran, ne bismo znali udaljenost do drugih planeta i zvijezda itd.
U satima se uzima 9.192.631.770 razdoblja elektromagnetskog zračenja u sekundi, koji su se dogodili tijekom prijelaza između dvije energetske razine atoma cezija-133. Takvi satovi se nazivaju cezijevi satovi. Ali ovo je samo jedna od tri vrste atomskih satova. Tu su i vodikovi i rubidijski satovi. Međutim, najčešće se koriste cezijevi satovi, pa se nećemo zadržavati na drugim vrstama.
Kako radi atomski sat cezija
Laser zagrijava atome izotopa cezija i u tom trenutku ugrađeni rezonator bilježi sve prijelaze atoma. I, kao što je ranije spomenuto, nakon dostizanja 9,192,631,770 prijelaza, broji se jedna sekunda.
Laser ugrađen u kućište sata zagrijava atome izotopa cezija. U tom trenutku rezonator registrira broj prijelaza atoma na novu energetsku razinu. Kada se postigne određena frekvencija, odnosno 9,192,631,770 prijelaza (Hz), tada se računa sekunda, na temelju međunarodnog SI sustava.
Koristi se u satelitskoj navigaciji
Proces određivanja točne lokacije objekta pomoću satelita vrlo je težak. U to je uključeno nekoliko satelita, odnosno više od 4 po prijemniku (na primjer, GPS navigator u automobilu).
Svaki satelit ima atomski sat visoke preciznosti, satelitski radio odašiljač i generator digitalnog koda. Radio odašiljač šalje na Zemlju digitalni kod i informacije o satelitu, odnosno parametre orbite, model itd.
Sat određuje koliko je vremena potrebno da ovaj kod stigne do prijemnika. Dakle, znajući brzinu širenja radio valova, izračunava se udaljenost do prijemnika na Zemlji. Ali jedan satelit za to nije dovoljan. Moderni GPS prijemnici mogu primati signale s 12 satelita istovremeno, što vam omogućuje da odredite lokaciju objekta s točnošću od 4 metra. Usput, vrijedi napomenuti da GPS navigatori ne zahtijevaju pretplatu.
Znanstvenim svijetom proširila se senzacija - vrijeme isparava iz našeg Svemira! Zasad je to samo hipoteza španjolskih astrofizičara. Ali da je protok vremena na Zemlji i u svemiru drugačiji, znanstvenici su već dokazali. Vrijeme teče sporije pod utjecajem gravitacije, ubrzavajući se kako se udaljavate od planeta. Zadatak sinkronizacije zemaljskog i kozmičkog vremena obavljaju vodikovi frekvencijski standardi, koji se također nazivaju "atomski satovi".
Prvi atomsko vrijeme pojavili zajedno s pojavom astronautike, atomski satovi su se pojavili sredinom 1920-ih. Sada su atomski satovi postali uobičajeni, svatko od nas ih koristi svaki dan: rade s digitalnim komunikacijama, GLONAS-om, navigacijom i transportom.
Vlasnici Mobiteli jedva razmišljam o čemu teški rad u prostoru se provodi radi tijesne vremenske sinkronizacije, ali govorimo o samo milijuntim dijelovima sekunde.
Standard točnog vremena pohranjen je u Moskovskoj regiji, u Znanstvenom institutu za fizičko-tehnička i radiotehnička mjerenja. U svijetu postoji 450 takvih satova.
Rusija i SAD su monopolisti za atomske satove, ali u SAD-u satovi rade na bazi cezija, radioaktivnog metala koji je vrlo štetan za okoliš, au Rusiji na bazi vodika, sigurnijeg izdržljivog materijala.
Ovaj sat nema brojčanik i kazaljke: izgleda kao velika bačva od rijetkih i vrijednih metala, punjena najviše napredne tehnologije- visoka preciznost mjerni instrumenti i oprema s atomskim standardima. Proces njihovog stvaranja je vrlo dug, složen i odvija se u uvjetima apsolutne sterilnosti.
Već 4 godine sat instaliran na ruskom satelitu proučava tamnu energiju. Prema ljudskim standardima, gube točnost za 1 sekundu u mnogo milijuna godina.
Vrlo brzo će na Spektr-M, svemirskoj zvjezdarnici biti postavljen atomski sat koji će vidjeti kako nastaju zvijezde i egzoplanete, gledati preko ruba Crna rupa u središtu naše galaksije. Prema znanstvenicima, zbog monstruozne gravitacije vrijeme ovdje teče tako sporo da gotovo staje.
tvroscosmos
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 atomi prelaze 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.
