Zegar atomowy zawiera małą antenę i odbiornik radiowy, który ma odbierać sygnał długofalowy (60 kHz) WWVB, nadajnika radiowego NIST. WWVB nadaje bez przerwy, obejmuje większość kontynentalnych Stanów Zjednoczonych i może nawet być odbierane przez zegary atomowe na Alasce i Hawajach.
Zegar atomowy
Z błędem wynoszącym tylko 1 sekundę na okres do 100 milionów lat, zegary atomowe należą do najdokładniejszych urządzeń do pomiaru czasu w historii.
Zegar atomowy – 9 192 631 770 drgań
Zegar atomowy jest przeznaczony do pomiaru dokładnej długości sekundy, podstawowej jednostki współczesnego pomiaru czasu. Międzynarodowy układ jednostek (SI) definiuje sekundę jako czas, w którym atom cezu 133 w precyzyjnie określonym stanie oscyluje dokładnie: 9 miliardów, 192 miliony, 631 tysięcy, 770 razy.
Oficjalna definicja podaje więcej szczegółów: „to czas trwania 9 192 631 770 okresów promieniowania odpowiadających przejściu między dwoma nadsubtelnymi poziomami stanu podstawowego atomu cezu-133. Ta definicja odnosi się do atomu cezu w stanie spoczynku w temperaturze 0 kelwinów. ”
Zasada działania zegarów atomowych
W zegarze atomowym naturalne oscylacje atomów działają jak wahadło w zegarze rodowym. Jednak zegary atomowe są znacznie dokładniejsze niż zegary konwencjonalne, ponieważ oscylacje atomowe mają znacznie wyższą częstotliwość i są znacznie bardziej stabilne.
Istnieje wiele różnych typów zegarów atomowych, ale generalnie mają one tę samą podstawową zasadę działania, która jest opisana poniżej:
Podgrzewanie, pakowanie i sortowanie
Najpierw atomy są podgrzewane w piecu i łączone w wiązkę. Każdy atom ma jeden z dwóch możliwych stanów energetycznych. Są one określane jako nadsubtelnymi, ale nazwijmy je członkowskim A i B. państwowej Następnie pole magnetyczne usuwa wszystkie atomy w stanie B z wiązki, więc pozostają tylko atomy w stanie A.
Liczenie atomowe
Atomy w stanie A są przesyłane przez rezonator, gdzie są poddawane działaniu promieniowania mikrofalowego, które powoduje przejście niektórych atomów do stanu B. Za rezonatorem atomy, które nadal są w stanie A, są usuwane przez drugie pole magnetyczne. Detektor liczy następnie wszystkie atomy, które zmieniły się w stan B.
Dostrój i mierz
Odsetek atomów zmieniających swój stan podczas przechodzenia przez rezonator zależy od częstotliwości promieniowania mikrofalowego. Im bardziej jest on zsynchronizowany z naturalną częstotliwością oscylacji atomów, tym bardziej atomy zmieniają swój stan. Celem jest idealne dostrojenie częstotliwości mikrofal do oscylacji atomów, a następnie zmierzenie ich. Po dokładnie 9 192 631 770 oscylacjach minęła sekunda.
Jak dokładne są zegary atomowe?
Dokładność zegarów atomowych jest różna i stale się poprawia. Ze spodziewanym błędem wynoszącym tylko 1 sekundę na około 100 milionów lat, NIST-F1 w Boulder w Kolorado jest jednym z najbardziej precyzyjnych zegarów na świecie.Nazywa się to zegarem z fontanną cezową, w którym lasery koncentrują atomy w chmurze, chłodzą je, a następnie wyrzucają w górę. Metoda ta spowalnia atomy, pozwalając na dłuższy okres pomiarowy i dokładniejsze przybliżenie częstotliwości drgań własnych atomów.
Zegary optyczne
Naukowcy opracowują obecnie urządzenie, które jest jeszcze dokładniejsze niż obecne zegary atomowe. Optyczny zegar atomowy wykorzystuje światło w zakresie widzialnym do pomiaru oscylacji atomowych. Częstotliwość rezonansowa promieni świetlnych jest około 50 000 razy wyższa niż promieniowania mikrofalowego, co pozwala na dokładniejszy pomiar. Oczekiwane odchylenie nowego zegara optycznego wynosi 1 sekundę na 15 miliardów lat.
Dlaczego potrzebujemy zegarów atomowych?
Około 400 zegarów atomowych na całym świecie bierze udział w obliczaniu międzynarodowego czasu atomowego (TAI), jednego ze standardów czasu używanych do określania uniwersalnego czasu koordynowanego (UTC) i czasu lokalnego na całym świecie. Systemy nawigacji satelitarnej, takie jak GPS, GLONASS i Galileo, również opierają się na precyzyjnych pomiarach czasu w celu dokładnego obliczania pozycji.
Jak działają atomowe zegary ścienne
Kiedy zegar atomowy wychwyci sygnał WWVB, jego wskazówki obracają się 20 razy szybciej niż normalnie, dostosowując się z błędem tylko jednej sekundy na okres do 100 milionów lat. (Innymi słowy, nie można uzyskać dokładniejszego zegara). Zazwyczaj zegar atomowy odbiera ten sygnał w nocy i dokonuje automatycznych korekt, aby zapewnić właściwy czas.
Ustawianie atomowego zegara ściennego
Najlepszym miejscem na atomowy zegar ścienny jest blisko okna, najlepiej od strony Kolorado. Jeśli to możliwe, umieść go co najmniej sześć stóp od urządzeń elektrycznych gospodarstwa domowego, takich jak telewizory, komputery i klimatyzatory. Sygnał WWVB jest wystarczająco silny, aby przejść przez większość budynków mieszkalnych i stalowych z dużą ilością okien. Sygnał może jednak nie docierać do centrów handlowych i pomieszczeń w dużych biurowcach bez okien. W tych lokalizacjach zalecane jest ręczne ustawienie czasu (zegar nadal będzie wykrywał sygnał WWVB i ustawi zegar na odpowiednią godzinę, gdy tylko go otrzyma).
Najczęściej czytane teksty ZegarkiCentrum.pl:
Najdroższe zegarki świata – Top 10
Twój zegarek uległ namagnesowaniu? Sprawdź, czy możliwa jest jego naprawa!
Jak kupić zegarek oryginalny?