Атомний годинник: історія та сучасність

У минулому, 2012 році, виповнилося сорок п`ять років з того моменту, коли людство вирішило використовувати атомну хронометрирование для максимально точного вимірювання часу. У 1967 році в Міжнародній системі СІ категорія часу перестала визначатися астрономічними шкалами - на зміну їм прийшов цезієвий стандарт частоти. Саме він і отримав популярне нині назва - атомний годинник. Точний час, яке вони дозволяють визначити, має незначну похибку в одну секунду за три мільйони років, що дозволяє використовувати їх в ролі стандарту часу в будь-якому куточку світу.

Відео: Чистопольську годинниковий завод Схід - історія і сучасність

Трохи історії

Сама ідея використовувати коливання атомів для надточного вимірювання часу вперше була висловлена ще в 1879 році британським фізиком Вільямом Томсоном. У ролі випромінювача атомів-резонаторів цей вчений пропонував застосувати водень. Перші спроби реалізувати ідею на практиці робилися лише в 40-х рр. двадцятого століття. А перші в світі працюють атомні годинники з`явилися в 1955 році у Великобританії. Їх творцем став британський фізик-експериментатор доктор Луї Ессен. Працювали ці години на основі коливань атомів цезію-133 і завдяки їм вчені нарешті змогли вимірювати час з набагато більшою точністю, ніж було до цього. Перший прилад Ессена допускав похибка не більше секунди на кожні сто років, проте згодом точність вимірювань багаторазово збільшилася і похибка в секунду може набігти лише за 2-3 сотні мільйонів років.

Відео: Як працюють годинник? Детальний опис роботи годин

Атомний годинник: принцип роботи

Як же працює це хитромудре «пристрій»? Як генератор резонансної частоти атомний годинник застосовують енергетичні рівні молекул або атомів на квантовому рівні. Квантова механіка встановлює зв`язок системи «атомне ядро - електрони» з декількома дискретними енергетичними рівнями. Якщо на таку систему буде впливати електромагнітне поле зі строго заданою частотою, то відбудеться перехід даної системи з низького рівня на високий. Можливий також і зворотний процес: перехід атома з більш високого рівня на низький, супроводжуваний випромінюванням енергії. Ці явища можна контролювати і фіксувати всі енергетичні скачки, створивши щось на зразок коливального контуру (його ще називають атомним осциллятором). Його резонансна частота буде відповідати різниці енергій сусідніх рівнів переходу атомів, розділеної на константу Планка.

Такий коливальний контур має незаперечні переваги в порівнянні зі своїми механічними і астрономічними попередниками. Для одного такого атомного осцилятора резонансна частота атомів певної речовини буде однакова, чого не можна сказати про маятниках і п`єзокристалами. До того ж, атоми не змінюють з часом своїх властивостей і не зношуються. Тому атомний годинник є надзвичайно точним і практично вічним хронометром.

Точний час і сучасні технології

Відео: Атомний годинник

Телекомунікаційні мережі, супутниковий зв`язок, GPS, NTP-сервера, електронні транзакції на біржі, інтернет-аукціони, процедура покупки квитків через інтернет - всі ці та багато інших явищ давно вже міцно увійшли в наше життя. Але ж якби людство не винайшло атомний годинник, всього б цього просто не було. Точний час, синхронізація з яким дозволяє звести до мінімуму будь-які помилки, затримки і запізнення, дає можливість людині максимально повно використовувати цей безцінний непоправний ресурс, якого ніколи не буває занадто багато.