Атомен часовник: история и модерност

В миналото, през 2012 г., тя се превърна в четиридесет и пет години от момента, в който човечеството реши да използва атомно време за най-точно измерване на времето. През 1967 г. в Международния SI система категорията на времето е престанала да се определя от астрономически везни - цезийният честотен стандарт ги е заменял. Той беше получил сега популярното име - атомния часовник. Точното време, което ни позволяват да определим, има незначителна грешка от една секунда от три милиона години, което ни позволява да ги използваме като стандарт на времето във всяка част на света.

Малко история

Самата идея за използване на вибрации на атоми за точното измерване на времето първо бе изразена през 1879 г. от британския физик Уилям Томсън. В ролята на емитер на атоми-резонатори, този учен предложи използването на водород. Първите опити да се реализира идеята на практика бяха направени едва през 40-те. от ХХ век. И първите в света работещи атомни часовници се появиха през 1955 г. във Великобритания. Техният създател е британският физико-експериментатор д-р Луи Есен. Часовникът работи на базата на вибрации на ацеси на цезий-133 и благодарение на тях учените най-накрая успяха да измерват времето с много по-голяма точност, отколкото преди. Първото устройство на Есен допусна грешка не повече от секунда за сто години, а впоследствие точност на измерванията грешката се е умножила и грешката за секунда може да работи само 2-3 милиона години.

Атомен часовник: принципът на действие

Как работи това хитър "устройство"? Като генератор на резонансна честота се използва атомен часовник енергийните нива молекули или атоми на квантовото ниво. Квантова механика установява връзката между системата "атомно ядро ​​- електрони" с няколко дискретни енергийни нива. Ако такава система е засегната електромагнитно поле с точно определена честота, тогава тази система ще премине от ниско към високо ниво. Обратният процес също е възможен: преходът на атом от по-високо към по-ниско, придружен от излъчване на енергия. Тези явления могат да бъдат контролирани и фиксирани на всички енергийни скокове, създавайки нещо като осцилаторна верига (наричана още атомен осцилатор). Резонантната му честота ще съответства на енергийната разлика на съседните нива на атомния преход, разделена на константата на Планк.

Такава осцилаторна верига има неоспорими предимства в сравнение с нейните механични и астрономически предшественици. За един такъв атомен осцилатор резонансната честота на атомите на всяко вещество ще бъде същата, която не може да се каже за махала и пиезоелектрични кристали. Освен това, атомите не променят свойствата си във времето и не се износват. Следователно атомният часовник е изключително точен и практически вечен хронометър.

Точното време и съвременните технологии

Телекомуникационните мрежи, сателитните комуникации, GPS, NTP-сървърите, електронните транзакции на борсата, онлайн търговете, процедурата за закупуване на билети през Интернет - всички тези и много други явления отдавна са твърдо закрепени в нашия живот. Но ако човечеството не измисли атомен часовник, това нямаше да се случи. Точното време, синхронизирането с което ви позволява да сведете до минимум евентуални грешки, закъснения и закъснения, дава възможност на човек да се възползва максимално от този безценен незаменим ресурс, който никога не е прекалено голям.