Атомен часовник - точното време и цялата информация за примера; рен часовник
Обяснение
Атомният часовник е така наречения първичен часовник. Това означава, че има най-точната индикация за времето от всички часовници. Нормалните ръчни часовници имат прогресивно отклонение от действителното време от около една секунда на ден. Подобни отклонения са непоносими в науката. Днешните версии обаче имат отклонение само с една секунда от един милион години. В началото на 2012 г. американски изследователи дори създадоха атомен първичен часовник с отклонение от една секунда за 140 милиарда години.
Следователно атомните часовници са ориентировъчните стойности за всички часовници в света, било то радио часовници, телевизионни дисплеи за време или индустриални контролни устройства. Тези часовници обаче обикновено се актуализират само по час, което означава, че все още може да има незначителни отклонения.
Как работи атомният часовник
Просто казано, атомният часовник е конструиран по същия начин, както всеки друг часовник в света. Работи на базата на часовник и брояч. Но вместо махало или балансиращо колело, генераторите на часовника са атоми Казиум.
Казиевите атоми първо се изпаряват в камера, подобна на пещ, и се обединяват в лъч от атоми. Чрез този процес казиевите атоми достигат едно от двете възможни състояния, които вече не могат да променят дори без външно влияние.
След това атомният лъч удря магнитно поле, което разделя атомите според тяхното състояние, така че атомният лъч съдържа само желаното състояние (показано на графиката със сини кръгове).
Следващата необходима стъпка е да накарате "изчистените" атоми в лъча да променят състоянието си, така че тези промени в състоянието да могат да бъдат платени. За това е необходимо действието на микровълновото лъчение. Това микровълново лъчение има свободно избираема честота, която може да бъде подадена в така наречения резонатор.
Целта на резонатора е да генерира микровълнова честота, която е възможно най-точно естествената честота на лъча на атома Казий. Това е така, защото повечето от промените в състоянието се генерират в атомите на казиума.
За да се определи тази честота на микровълновото лъчение, която е възможно най-последователна, трябва да се обърне внимание на зададената честота, при която повечето атоми на казий са променили състоянието си. Това се прави с помощта на брояч, който е поставен в края на атомния лъч. Така че само атомите с ново променено състояние пристигат в този брояч (показан в оранжево на графиката), атомите със старото нежелано състояние (показано в синьо) се отклоняват от брояча с второ магнитно поле.
Тази структура би довела до извода, че повечето от атомите променят състоянието си точно на 9 192 631 770 Hz. Единицата Hz означава, че е минала една секунда след 9 192 631 770 трептения.
Историята за произхода на атомното време
Историята на атомния часовник започва през 1945 г., когато американският физик Исидор Раби предлага изграждането на часовник след изследванията си върху метода на магнитния резонанс.
Такъв часовник е разработен и представен от Харолд Лайънс в Националното бюро по стандартите още през 1949 година. За разлика от днешните атомни часовници, по това време часовникът използва амонячни молекули вместо казиеви атоми като източник на вибратора.
Обаче бързо се осъзна, че желаната точност не е постигната с амонячните молекули. Поради тази причина атомите на казий са използвани за първи път през 1952 г., когато атомният часовник е доразвит. Този часовник беше наречен NBS-1.
Няколко години по-късно (1955 г.) във Великобритания е разработен нов атомен часовник Casium от физиците Луис Есен и J.V.L.Pary, който дотогава предоставя най-точната информация за времето от всички. Тази безпрецедентна точност беше и причината, поради която тези първични часовници определяха продължителността на секундата в международен план.
Определението е: "Вторият е 9 192 631 770 пъти периода на излъчване, съответстващ на прехода между двете свръхфини нива на основното състояние на атомите на нуклида 133Cs." Тази дефинирана секунда се нарича атомна секунда, а времето, което се определя от атомната секунда, се нарича атомно време.
През 1969 г. атомният часовник CS1 е пуснат в експлоатация в Physikalisch-Technische Bundesanstalt (съкратен: PTB) в Брауншвайг. Само девет години по-късно законът за времето от 26 юли 1978 г. предава законовото определяне на времето на PTB и по този начин на CS1.
През 1985 г. в Брауншвайг е пуснат в експлоатация друг атомен часовник на Casium, наречен CS2, който отговаря за законното отчитане на времето от 1991 г. Към днешна дата CS2 предоставя на всички радиоуправляеми часовници и Интернет с точното време.