Атомний годинник

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до: навігація, пошук
Атомний годинник не більше чипа, представлений NIST

А́томний годи́нник (квантовий годинник) — пристрій для вимірювання часу, що використовує в якості стандарту частоту електронного переходу між енергетичними рівнями в атомах.

Роль «маятника» у ньому відіграють атоми. Частота випромінювання атомів при переході їх з одного енергетичного рівня на інший регулює хід атомного годинника. Ця частота настільки стабільна, що атомний годинник дозволяє вимірювати час точніше, ніж астрономічні методи.

Діаграма, що ілюструє збільшення точності різних типів атомних годинників NIST в залежності від року виготовлення

Історія атомного годинника[ред.ред. код]

Ідею про можливість використання атомних коливань водню для вимірювання часу запропонував ще в 1879 році англійський фізик лорд Кельвін, однак тільки в середині XX століття це стало можливим.

У 1930-х роках американський фізик і першовідкривач ядерного магнітного резонансу Ісидор Рабі почав працювати над атомним годинником на цезії-133, однак початок війни завадив йому. Вже після війни, в 1949 році, в Національному комітеті стандартів США за участю Гарольда Лайонсона був створений перший молекулярний годинник, що використовував молекули аміаку.

Пізніше, в 1955 році, Луї Ессен[ru] з Національної фізичної лабораторії у Великобританії[en] представив перший атомний годинник на цезії-133. Цей годинник накопичував похибку в одну секунду за мільйон років. Прилад отримав назву NBS-1 і став вважатися цезієвим еталоном частоти.

Hewlett-Packard стала першою компанією, яка зайнялася розробкою компактних атомних годинників. У 1964 році нею був створений цезієвий прилад HP 5060A розміром з велику валізу. Компанія і далі розвивала цей напрямок, але з 2005 року продала підрозділ компанії Symmetricom[en].

У 2011 році фахівці «Лабораторії Дрейпера» і «Сандійських національних лабораторій» розробили, а компанія Symmetricom випустила перші мініатюрні атомні годинники Quantum[1].

У березні 2012 року вчені з Університету Нового Південного Уельсу, Технологічного Інституту Джорджії й Університету Невади[en] (Кемпбелл, Раднаєв, Кузьмич, Дзюба, Фламбаум, Дерев'янко) запропонували схему ядерного годинника, який перевершує за точністю сучасні аналоги на кілька порядків. Подібна схема в теорії дає похибку близько 1 \over 10 секунди за 14 мільярдів років. Для порівняння, час існування Всесвіту — 13,6 мільярда років[2][3].

Співробітники Національного інституту стандартів і технологій (NIST) Міністерства торгівлі США влітку 2013 року оголосили про розробку годинника на основі атомів ітербію, які вдесятеро перевершують всі існуючі аналоги за точністю. На відміну від цезію, частота переходів в ітербії набагато вище, що і було використано вченими при створенні рекордно точного годинника. Порівняння двох створених примірників дозволило встановити, що їх похибка становить 1,6 до 1018, — за один мільярд років ходу похибка складе одну секунду[4].

У кінці 2013 року американська компанія Bathys Hawaii представила перший «наручний» атомний годинник. Як основний компонент в них використовується чіп SA.45s виробництва компанії Symmetricom[1].

3 квітня 2014 року NIST ввів у дію новий атомний годинник NIST-F2, який накопичує помилку в одну секунду протягом 300 мільйонів років. Згідно з повідомленням, новий годинник замінив застарілий атомний NIST-F1 і буде використовуватися в якості стандарту цивільного часу[ru] в США. Раніше дані про NIST-F2 були направлені до Міжнародного бюро мір і ваги у Парижі, яке визнало їх найточнішим працюючим атомним годинником у світі[5].

Принцип дії[ред.ред. код]

В атомних годинниках застосовуються атоми, спектри яких мають надтонку структуру, що зумовлена розщепленням спектральних мультиплетів в магнітному полі ядра. Це магнітне поле однакове для кожного з атомів, а тому може бути стандартом. Газ із таких атомів поміщено в резонатор електромагнітних коливань, резонансних із частотою переходу між розщепленими лініями. Детектування оптичних переходів відбувається з використанням інтерферометрів з високою роздільною здатністю.

Примітки[ред.ред. код]

Посилання[ред.ред. код]