Атомний годинник: відмінності між версіями
[неперевірена версія] | [неперевірена версія] |
Olvin (обговорення | внесок) |
Alessot (обговорення | внесок) заміна шаблона link-interwiki на звичайне посилання |
||
(Не показані 10 проміжних версій 6 користувачів) | |||
Рядок 1: | Рядок 1: | ||
[[Файл:ChipScaleClock2 HR.jpg|thumb|Атомний годинник не більше [[чип]]а, представлений [[NIST]]]] |
[[Файл:ChipScaleClock2 HR.jpg|thumb|Атомний годинник не більше [[Мікросхема|чип]]а, представлений [[NIST]]]] |
||
'''А́томний годи́нник''' (''квантовий годинник'') — [[пристрій]] для вимірювання [[час]]у, що використовує як стандарт [[частота|частоту]] електронного переходу між енергетичними рівнями в [[атом]]ах. |
'''А́томний годи́нник''' (''квантовий годинник'') — [[пристрій]] для вимірювання [[час]]у, що використовує як стандарт [[частота|частоту]] електронного переходу між енергетичними рівнями в [[атом]]ах. |
||
Роль «маятника» у ньому відіграють [[атом]]и. Частота випромінювання атомів при [[ |
Роль «маятника» у ньому відіграють [[атом]]и. Частота випромінювання атомів при [[Квантовий перехід|переході]] їх з одного енергетичного рівня на інший регулює хід атомного годинника. Ця [[частота]] настільки стабільна, що атомний [[годинник]] дозволяє вимірювати час точніше, ніж [[астрономія|астрономічні]] методи. |
||
З 1967 року міжнародна система одиниць [[Міжнародна система одиниць (SI)|SI]] визначає одну секунду як 9 192 631 770 періодів електромагнітного випромінювання при переходах між двома надтонкими рівнями основного стану атома цезію-133. Згідно з цим визначенням, атом цезію-133 є стандартом для вимірювань часу і частоти.[[Файл:Clock accuracy.jpg|thumb|Діаграма, що ілюструє збільшення точності різних |
З 1967 року міжнародна система одиниць [[Міжнародна система одиниць (SI)|SI]] визначає одну [[Секунда|секунду]] як {{nobr|9 192 631 770 періодів}} електромагнітного випромінювання при переходах між двома надтонкими рівнями основного стану атома цезію-133. Згідно з цим визначенням, атом цезію-133 є стандартом для вимірювань часу і частоти.[[Файл:Clock accuracy.jpg|thumb|Діаграма, що ілюструє збільшення точності різних атомних годинників залежно від року виготовлення]] |
||
== Історія |
== Історія == |
||
Ідею про можливість використання атомних коливань водню для вимірювання часу запропонував ще в [[1879]] році англійський фізик [[Вільям Томсон|лорд Кельвін]], однак тільки в середині [[XX століття]] це стало можливим. |
Ідею про можливість використання атомних коливань водню для вимірювання часу запропонував ще в [[1879]] році англійський фізик [[Вільям Томсон|лорд Кельвін]], однак тільки в середині [[XX століття]] це стало можливим. |
||
У [[1930-ті|1930-х роках]] американський фізик і першовідкривач [[Ядерний магнітний резонанс|ядерного магнітного резонансу]] [[Ісидор Рабі]] почав працювати над атомним годинником на [[ |
У [[1930-ті|1930-х роках]] американський фізик і першовідкривач [[Ядерний магнітний резонанс|ядерного магнітного резонансу]] [[Ісидор Рабі]] почав працювати над атомним годинником на [[Цезій-133|цезії-133]], однак початок [[Друга світова війна|війни]] завадив йому. Вже після війни, в [[1949]] році, в Національному комітеті стандартів США за участю Гарольда Лайонсона створили перший молекулярний годинник, що використовував молекули [[аміак]]у. |
||
Одними з перших у світі |
Одними з перших у світі{{коли?}} атомними годинниками були [[Цезій|цезієві]] годинники [[Атоміхрон]], виготовлені приватною компанією National Company, Inc. з [[Молден (Массачусетс)|Молдена]], штат [[Массачусетс]]. |
||
1955 року {{Не перекладено|Луї Ессен||ru|Эссен, Льюис}} із [[Національна фізична лабораторія|Національної фізичної лабораторії]] Великої Британії створив перший атомний годинник на цезії-133. Цей годинник накопичував [[Похибка вимірювання|похибку]] в одну секунду за мільйон років. Прилад отримав назву NBS-1 і його стали вважати цезієвим [[еталон]]ом частоти<ref name="й"/>. |
|||
[[Hewlett-Packard]] |
1964 року [[Hewlett-Packard]] розробила компактний цезієвий прилад HP 5060A розміром із велику валізу. 2005 року Hewlett-Packard продала підрозділ, який розробляв атомні годинники, компанії {{Не перекладено|Symmetricom||en|Symmetricom}}. |
||
У [[2011]] році фахівці «Лабораторії Дрейпера» і «Сандійських національних лабораторій» розробили, а компанія Symmetricom випустила перші мініатюрні атомні годинники Quantum<ref name="й">[http://lenta.ru/articles/2014/04/11/atcl/ Сверим часы. Краткая история появления атомных приборов измерения времени / Лента.ру, 11 апреля 2014, 10:45] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20140412152806/http://lenta.ru/articles/2014/04/11/atcl/ |date=12 квітня 2014 }}{{ref-ru}}</ref>. |
У [[2011]] році фахівці «Лабораторії Дрейпера» і «Сандійських національних лабораторій» розробили, а компанія Symmetricom випустила перші мініатюрні атомні годинники Quantum<ref name="й">[http://lenta.ru/articles/2014/04/11/atcl/ Сверим часы. Краткая история появления атомных приборов измерения времени / Лента.ру, 11 апреля 2014, 10:45] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20140412152806/http://lenta.ru/articles/2014/04/11/atcl/ |date=12 квітня 2014 }}{{ref-ru}}</ref>. |
||
⚫ | Співробітники [[Національний інститут стандартів і технології|Національного інституту стандартів і технологій]] (NIST) влітку [[2013]] року оголосили про розробку годинника на основі атомів [[Ітербій|ітербію]], який вдесятеро перевершив аналоги за точністю. На відміну від цезію, частота переходів в ітербії набагато вища, що й було застосовано дослідниками. Порівняння двох створених примірників дозволило встановити, що їх похибка становить 1,6 до 10<sup>18</sup>, — за один мільярд років ходу похибка складе одну секунду<ref>{{cite web|url= http://www.sciencemag.org/content/341/6151/1215.abstract |title= An Atomic Clock with 10-18 Instability |author= N. Hinkley, J. A. Sherman, N. B. Phillips, M. Schioppo, N. D. Lemke, K. Beloy, M. Pizzocaro, C. W. Oates, A. D. Ludlow |archiveurl=https://web.archive.org/web/20140219205911/http://www.sciencemag.org/content/341/6151/1215.abstract |archivedate=19 лютого 2014 |date= August 22 2013 |
||
⚫ | У березні [[2012]] року вчені з [[Університет Нового Південного Уельсу|Університету Нового Південного Уельсу]], [[Технологічний інститут Джорджії|Технологічного Інституту Джорджії]] й {{Не перекладено|Університет Невади (Рено)|Університету Невади|en|University of Nevada, Reno}} (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 <math>1 \over 10</math> секунди за 14 мільярдів років. Для порівняння, [[Вік Всесвіту|час існування Всесвіту]] — 13,6 мільярда років<ref>{{Cite web |url=http://newsroom.unsw.edu.au/news/science/nuclear-clock-may-keep-time-universe |title=Nuclear clock may keep time with the Universe |
||
|work= Science |date= 13 вересня 2013 |volume= 341 |issue= 6151 |pages= 1215–1218}}{{ref-en}}</ref>{{ангажоване джерело}}. |
|||
⚫ | Співробітники [[Національний інститут стандартів і технології|Національного інституту стандартів і технологій (NIST) |
||
''Science'' 13 September 2013: Vol. 341, no. 6151, pp. 1215–1218]{{ref-en}}</ref>. |
|||
Наприкінці 2013 року американська компанія Bathys Hawaii представила перший «наручний» атомний годинник. Як основний компонент в них використовується чип SA.45s виробництва компанії Symmetricom<ref name="й"/>. |
Наприкінці 2013 року американська компанія Bathys Hawaii представила перший «наручний» атомний годинник. Як основний компонент в них використовується чип SA.45s виробництва компанії Symmetricom<ref name="й"/>. |
||
На початку 2014 року [[Національний інститут стандартів і технології|NIST]] ввів до ладу атомний годинник {{li|NIST-F2|Q=Q6954382}}, який накопичує помилку в одну секунду протягом 300 мільйонів років. Новий годинник замінив {{li|NIST-F1|Q=Q1090233}} як стандарт цивільного часу й частот в США. Дані NIST-F2 надіслали до [[Міжнародне бюро мір і ваг|Міжнародного бюро мір і ваг]], яке збирає дані атомних годинників світу для стандарту [[міжнародний атомний час|міжнародного атомного часу]]. Там NIST-F2 визнали одним із найточніших атомних годинників<ref>{{cite web|title=NIST Launches a New U.S. Time Standard: NIST-F2 Atomic Clock |url=https://www.nist.gov/news-events/news/2014/04/nist-launches-new-us-time-standard-nist-f2-atomic-clock|work=NIST|date=03 квітня 2014|accessdate=2023-10-03}}</ref>. |
|||
== Принцип дії == |
== Принцип дії == |
||
В атомних годинниках застосовуються атоми, спектри яких мають [[Надтонка структура|надтонку структуру]], що зумовлена розщепленням спектральних мультиплетів в [[Магнітне поле|магнітному полі]] [[Ядро атома|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 [[інтерферометр]]ів з високою [[Роздільна здатність|роздільною здатністю]]. |
В атомних годинниках застосовуються атоми, спектри яких мають [[Надтонка структура|надтонку структуру]], що зумовлена розщепленням спектральних мультиплетів в [[Магнітне поле|магнітному полі]] [[Ядро атома|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 [[інтерферометр]]ів з високою [[Роздільна здатність|роздільною здатністю]]. |
||
== Ядерний годинник == |
|||
⚫ | У березні [[2012]] року вчені з [[Університет Нового Південного Уельсу|Університету Нового Південного Уельсу]], [[Технологічний інститут Джорджії|Технологічного Інституту Джорджії]] й {{Не перекладено|Університет Невади (Рено)|Університету Невади|en|University of Nevada, Reno}} (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 <math>1 \over 10</math> секунди за 14 мільярдів років. Для порівняння, [[Вік Всесвіту|час існування Всесвіту]] — 13,6 мільярда років<ref>{{Cite web |url=http://newsroom.unsw.edu.au/news/science/nuclear-clock-may-keep-time-universe |title=Nuclear clock may keep time with the Universe |publisher= UNSW |date=08 березня 2012 |type= News |author= Victor Flambaum, Bob Beale|accessdate=12 квітня 2014 |archive-date=13 квітня 2014 |archive-url=https://web.archive.org/web/20140413125108/http://newsroom.unsw.edu.au/news/science/nuclear-clock-may-keep-time-universe }}</ref><ref>{{cite journal |url= http://arxiv.org/abs/1110.2490 |title= A Single-Ion Nuclear Clock for Metrology at the 19th Decimal Place |author= C. J. Campbell, A. G. Radnaev, A. Kuzmich, V. A. Dzuba, V. V. Flambaum, A. Derevianko) |arxiv= 1110.2490v1 |date= 11 жовтня 2011 |accessdate= 12 квітня 2014 |archive-date= 29 липня 2016 |archive-url= https://web.archive.org/web/20160729172303/http://arxiv.org/abs/1110.2490 }}{{ref-en}}</ref>. |
||
== Див. також == |
== Див. також == |
||
Рядок 40: | Рядок 41: | ||
== Посилання == |
== Посилання == |
||
* {{cite web| |
* {{cite web|url= https://nrc.canada.ca/en/certifications-evaluations-standards/canadas-official-time/what-cesium-atomic-clock |title= Time Services FAQ |chapter= What is a "cesium atomic clock"? |publisher= National Research Council Canada |postscript= |accessdate=2023-10-02 |deadurl=no |archiveurl=https://web.archive.org/web/20120724055402/http://www.nrc-cnrc.gc.ca/eng/services/inms/time-services/faq-time.html#Q10 |archivedate=24 липня 2012 }}{{ref-en}}{{ref-fr}} |
||
* {{cite journal |title=NIST Cesium Fountains − Current Status and Future Prospects |author=S.R. Jefferts, T.P. Heavner, T.E. Parker and J.H. Shirley (''NIST Time and Frequency Division'') |year=2007 |journal=Acta Physica Polonica A |volume=112 |pages=759 ''ff'' |issue=5 |url=http://przyrbwn.icm.edu.pl/APP/PDF/112/a112z506.pdf |bibcode=2007AcPPA.112..759J |accessdate=30 вересня 2012 |archive-date=7 січня 2021 |archive-url=https://web.archive.org/web/20210107194418/http://przyrbwn.icm.edu.pl/APP/PDF/112/a112z506.pdf }} |
* {{cite journal |title=NIST Cesium Fountains − Current Status and Future Prospects |author=S.R. Jefferts, T.P. Heavner, T.E. Parker and J.H. Shirley (''NIST Time and Frequency Division'') |year=2007 |journal=Acta Physica Polonica A |volume=112 |pages=759 ''ff'' |issue=5 |url=http://przyrbwn.icm.edu.pl/APP/PDF/112/a112z506.pdf |bibcode=2007AcPPA.112..759J |accessdate=30 вересня 2012 |archive-date=7 січня 2021 |archive-url=https://web.archive.org/web/20210107194418/http://przyrbwn.icm.edu.pl/APP/PDF/112/a112z506.pdf }} |
||
{{Commonscat|Atomic clocks}} |
{{Commonscat|Atomic clocks}} |
||
{{Час}} |
|||
[[Категорія:Годинники]] |
[[Категорія:Годинники]] |
||
[[Категорія:Атомні годинники]] |
|||
[[Категорія:Вимірювальні прилади]] |
[[Категорія:Вимірювальні прилади]] |
Поточна версія на 17:57, 19 червня 2024
А́томний годи́нник (квантовий годинник) — пристрій для вимірювання часу, що використовує як стандарт 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.
З 1967 року міжнародна система одиниць SI визначає одну секунду як 9 192 631 770 періодів електромагнітного випромінювання при переходах між двома надтонкими рівнями основного стану атома цезію-133. Згідно з цим визначенням, атом цезію-133 є стандартом для вимірювань часу і частоти.
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 створили перший молекулярний годинник, що використовував молекули аміаку.
Одними з перших у світі[коли?] атомними годинниками були цезієві годинники Атоміхрон, виготовлені приватною компанією National Company, Inc. з Молдена, штат Массачусетс.
1955 року Луї Ессен[ru] із Національної фізичної лабораторії Великої Британії створив перший атомний годинник на цезії-133. Цей годинник накопичував похибку в одну секунду за мільйон років. Прилад отримав назву NBS-1 і його стали вважати цезієвим еталоном частоти[1].
1964 року Hewlett-Packard розробила компактний цезієвий прилад HP 5060A розміром із велику валізу. 2005 року Hewlett-Packard продала підрозділ, який розробляв атомні годинники, компанії Symmetricom[en].
У 2011 році фахівці «Лабораторії Дрейпера» і «Сандійських національних лабораторій» розробили, а компанія Symmetricom випустила перші мініатюрні атомні годинники Quantum[1].
Співробітники Національного інституту стандартів і технологій (NIST) влітку 2013 року оголосили про розробку годинника на основі атомів ітербію, який вдесятеро перевершив аналоги за точністю. На відміну від цезію, частота переходів в ітербії набагато вища, що й було застосовано дослідниками. Порівняння двох створених примірників дозволило встановити, що їх похибка становить 1,6 до 1018, — за один мільярд років ходу похибка складе одну секунду[2][ангажоване джерело].
Наприкінці 2013 року американська компанія Bathys Hawaii представила перший «наручний» атомний годинник. Як основний компонент в них використовується чип SA.45s виробництва компанії Symmetricom[1].
На початку 2014 року NIST ввів до ладу атомний годинник NIST-F2 , який накопичує помилку в одну секунду протягом 300 мільйонів років. Новий годинник замінив NIST-F1 як стандарт цивільного часу й частот в США. Дані NIST-F2 надіслали до Міжнародного бюро мір і ваг, яке збирає дані атомних годинників світу для стандарту міжнародного атомного часу. Там NIST-F2 визнали одним із найточніших атомних годинників[3].
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.
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 секунди за 14 мільярдів років. Для порівняння, час існування Всесвіту — 13,6 мільярда років[4][5].
- ↑ а б в Сверим часы. Краткая история появления атомных приборов измерения времени / Лента.ру, 11 апреля 2014, 10:45 [Архівовано 12 квітня 2014 у Wayback Machine.](рос.)
- ↑ N. Hinkley, J. A. Sherman, N. B. Phillips, M. Schioppo, N. D. Lemke, K. Beloy, M. Pizzocaro, C. W. Oates, A. D. Ludlow (13 вересня 2013). An Atomic Clock with 10-18 Instability. Science. Т. 341, № 6151. с. 1215—1218. Архів оригіналу за 19 лютого 2014.(англ.)
- ↑ NIST Launches a New U.S. Time Standard: NIST-F2 Atomic Clock. NIST. 03 квітня 2014. Процитовано 3 жовтня 2023.
- ↑ Victor Flambaum, Bob Beale (08 березня 2012). Nuclear clock may keep time with the Universe (News). UNSW. Архів оригіналу за 13 квітня 2014. Процитовано 12 квітня 2014.
- ↑ C. J. Campbell, A. G. Radnaev, A. Kuzmich, V. A. Dzuba, V. V. Flambaum, A. Derevianko) (11 жовтня 2011). A Single-Ion Nuclear Clock for Metrology at the 19th Decimal Place. arXiv:1110.2490v1. Архів оригіналу за 29 липня 2016. Процитовано 12 квітня 2014.(англ.)
- Time Services FAQ. National Research Council Canada. Архів оригіналу за 24 липня 2012. Процитовано 2 жовтня 2023.
{{cite web}}
: Проігноровано|chapter=
(довідка)(англ.)(фр.) - S.R. Jefferts, T.P. Heavner, T.E. Parker and J.H. Shirley (NIST Time and Frequency Division) (2007). NIST Cesium Fountains − Current Status and Future Prospects (PDF). Acta Physica Polonica A. 112 (5): 759 ff. Bibcode:2007AcPPA.112..759J. Архів оригіналу (PDF) за 7 січня 2021. Процитовано 30 вересня 2012.
Вікісховище має мультимедійні дані за темою: Атомний годинник |
|