Атомные часы

На протяжении длительного периода точное время старались определять по вращению нашей планеты. Но этот способ не совсем верный. Во-первых, Земля по прошествии столетий стала оборачиваться медленнее, во-вторых – она начала это делать неравномерно. Заметив это, люди начали делать часы, так как они более точно позволяют определять время. Добиться сверх точности дают возможность атомные часы.

Исторические факты

Идея создать атомные часы пришла в голову физику из Англии Уильяму Томсону в 1879 году. Он первый додумался до того, что можно применять колебания частиц для сверхточного отслеживания времени. Им предлагалось использовать водород. Но впервые попытаться реализовать эту идею на практике удалось лишь в 40-х годах 20 столетия. Первые атомные часы появились в Британии только в 1955г. Создал их Луи Эссен физик из Англии. В основу работы механизма легли атомы цезия-133. Это дало возможность ученым сверхточно измерять время, чем это делали до того. Первое устройство по расчетам ученых могло дать погрешность максимум в одну секунду только через 100 лет. В последствии механизм был усовершенствован. От него можно было получить неточность в работе в одну секунду только по истечении 2-х, а может быть и 3 миллионов лет. В СССР идея разработать атомные часы пришла в голову академику Басову Н. Г.

Устройство, принцип функционирования

Атомные часы состоят из нескольких частей: электронного блока, кварцевого осциллятора, квантового дискриминатора. Электроника несет ответственность за стабильность работы, точность механизма. Несмотря на то, что атомные часы сложные по устройству, изготовить их под силу сегодня любой из стран и использоваться они могут повседневно. По своим параметрам они не тяжелые, небольшие, красиво смотрятся на руке. Уменьшить устройство удалось за счет замены шестеренок и пружин на механизм, позволяющий определять частоту электромагнитного излучения атомов цезия при воздействии на частицы лазерным лучом.

В основу работы данных часов положены атомы цезия, их колебания. Эти частички способны находиться в + и – состояниях. Переходя из одного вида в другой, они создают периодический точный процесс, считающийся регулятором кода часов на основе атомов. Для обеспечения точной работы устройства цезий выпаривают в печи, тем самым высвобождая атомы. Расположенный рядом с печью магнит сортирует атомы с + энергетическими связями. Затем при помощи созданного микроволнового поля в магните частички меняют свое энергосостояние. Второй магнит перенаправляет поменявшие полярность атомы в приемный блок. За балансом атомов с разным энергетическим состоянием следят специальные приборы. Можно сказать, что мечта человечества о точном часовом механизме осуществилась, этот процесс с атомами происходит постоянно с одной и той же периодичностью.

Измерить точное время помимо частиц цезия можно атомами: кальция, стронция, йода, водорода, метана, рубидия. Но все равно принято считать, что частички цезия способны дать самое точное измерения, они были взяты за стандарт.

Что представляют собой атомные часы, где используются

На Земле сегодня нет более точных и стабильных механизмов, чем атомные часы, даже знаменитые швейцарские часы уступают им в точности. Маятником в них выступают колебания молекул, атомов. В отличие от стандартных часовых устройств генератор этих способен выдать больше 32 768 сигналов за секунду. На колебания частиц не могут оказывать воздействия температурные условия, влажность, вибрации, многие другие факторы.

Эти часы сумели стать помощниками человеку во многих сферах его жизнедеятельности. Без них сложно обходиться в навигации, определять местоположение спутника или космического корабля, ракеты, подводной лодки, самолета, автомобиля. Для нахождения используется спутниковая связь.

Самая маленькая модель была создана в 2011 году разработчиками компании Symmetricom. Их часы получились не больше коробка для спичек. Для функционирования им хватает всего 100 мВт. И это не предел. Возможно в будущем, атомные часы будут использоваться повсеместно и вытеснят собой кварцевые и механические с электронными механизмами, ведь уже сегодня такие приборы можно приобрести свободно во многих магазинах.