Atomur

Et atomur ( molekylært , kvanteur ) er et apparat til måling af tid , hvor naturlige svingninger forbundet med processer, der forekommer på niveau med atomer eller molekyler , bruges som en periodisk proces .

Atomure er vigtige i navigation. At bestemme positionen af ​​rumfartøjer, satellitter, ballistiske missiler, fly, ubåde samt bevægelse af biler i automatisk tilstand via satellitkommunikation ( GPS , GLONASS , Galileo ) er umulig uden atomure. Atomure bruges også i satellit- og jordbaserede telekommunikationssystemer, herunder mobiltelefonbasestationer, internationale og nationale standardiseringsbureauer og tidtagningstjenester, der periodisk udsender tidssignaler over radio.

Siden 1967 har det internationale SI -enhedssystem defineret et sekund som 9.192.631.770 perioder med elektromagnetisk stråling , som opstår under overgangen mellem to hyperfine niveauer af grundtilstanden for cæsium-133- atomet . Under denne definition er cæsium-133-atomet standarden til måling af tid og frekvens . Nøjagtigheden af ​​den anden bestemmer nøjagtigheden af ​​andre grundlæggende enheder, såsom for eksempel volt eller meter , der indeholder et sekund i deres definition.

Atomures stabilitet (hvor  er urets frekvensafvigelse over en vis tidsperiode) ligger normalt inden for 10 −14 -10 −15 , og i specialdesign når den 10 −17 [1] , og er den bedste blandt alle eksisterende typer ure [1] .

Se enhed

Uret består af flere dele:

En kvartsoscillator er en selvoscillator, hvis resonanselement er de piezoelektriske tilstande af en kvartskrystal . De elektromagnetiske svingninger, den genererer, har en fast frekvens, normalt lig med [2] 10 MHz, 5 MHz eller 2,5 MHz, med mulighed for tuning inden for små grænser (±10 −6 , for eksempel ved at ændre krystaltemperaturen). Normalt er langtidsstabiliteten af ​​en kvartsresonator lille, ca. For at øge dets stabilitet bruges vibrationer af atomer eller molekyler, for hvilke vibrationerne fra en kvartsoscillator med en frekvens konstant sammenlignes ved hjælp af en frekvens-fase komparator med frekvensen af ​​en atomlinje registreret i en kvantediskriminator . Når der er en forskel i fase og oscillationsfrekvens, justerer feedbackkredsløbet frekvensen af ​​krystaloscillatoren til den krævede værdi og øger derved urets stabilitet og nøjagtighed til niveauet .

I USSR var akademiker Nikolai Gennadievich Basov [3] ideologen for skabelsen af ​​atomure .

Nationale frekvensstandardcentre

Mange lande har dannet nationale tids- og frekvensstandardcentre [4] :

Forskere fra forskellige lande arbejder på at forbedre atomure og statens primære standarder for tid og frekvens baseret på dem, nøjagtigheden af ​​sådanne ure er støt stigende. I Rusland udføres omfattende forskning med det formål at forbedre egenskaberne af atomure på det fysiske institut. Lebedev .

Typer af atomure

Ikke hvert atom (molekyle) er egnet som diskriminator for atomure. Vælg atomer, der er ufølsomme over for forskellige ydre påvirkninger: magnetiske, elektriske og elektromagnetiske felter. Der er sådanne atomer i alle områder af det elektromagnetiske strålingsspektrum. Disse er: atomer af calcium , rubidium , cæsium , strontium , molekyler af hydrogen , jod , methan , osmium (VIII) oxid osv. Den hyperfine overgang af cæsium atomet blev valgt som den primære (primære) frekvensstandard. Egenskaberne for alle andre (sekundære) standarder sammenlignes med denne standard. øjeblikket såkaldte optiske kamme  bredt frekvensspektrum i form af ækvidistante linjer, hvor afstanden mellem er bundet til atomfrekvensstandarden. Optiske kamme opnås ved hjælp af en modelåst femtosekundlaser og mikrostruktureret fiber , hvori spektret udvides til en oktav .

I 2006 udviklede forskere ved US National Institute of Standards and Technology, ledet af Jim Bergquist ,  et ur, der kører på et enkelt kviksølvatom [ 5] . Under overgange mellem kviksølvionens energiniveauer genereres fotoner i det synlige område med en stabilitet 5 gange højere end mikrobølgestrålingen af ​​cæsium-133. Det nye ur kan også finde anvendelse i undersøgelser af grundlæggende fysiske konstanters afhængighed af tid. Fra april 2015 var det mest nøjagtige atomur det ur, der blev oprettet ved US National Institute of Standards and Technology [6] . Fejlen var kun et sekund på 15 milliarder år. Relativistisk geodæsi blev nævnt som en af ​​de mulige anvendelser af ure, hvis hovedidé er at bruge et netværk af ure som tyngdekraftssensorer, hvilket vil hjælpe med at lave utroligt detaljerede tredimensionelle målinger af jordens form.

Aktiv udvikling af kompakte atomure til brug i hverdagen (armbåndsure, mobile enheder) er i gang [7] [8] [9] [10] . I begyndelsen af ​​2011 annoncerede det amerikanske firma Symmetricom den kommercielle udgivelse af et cæsium-atomur på størrelse med en lille chip. Uret arbejder ud fra effekten af ​​sammenhængende populationsfangst . Deres stabilitet er 5 · 10 -11 i timen, vægt - 35 g, strømforbrug - 115 mW [11] .

Noter

  1. ↑ 1 2 En ny rekord for nøjagtigheden af ​​atomure er blevet sat (utilgængeligt link) . Membrana (5. februar 2010). Hentet 4. marts 2011. Arkiveret fra originalen 9. februar 2012. 
  2. ↑ De specificerede frekvenser er typiske for præcisionskvartsresonatorer med den højeste kvalitetsfaktor og frekvensstabilitet, der kan opnås ved brug af den piezoelektriske effekt. Generelt bruges krystaloscillatorer ved frekvenser fra nogle få kHz til flere hundrede MHz. ( Altshuller G. B., Elfimov N. N., Shakulin V. G. Kvartsoscillatorer : En referencevejledning. - M . : Radio og kommunikation, 1984. - S. 121, 122. - 232 s. - 27.000 eksemplarer. )
  3. ↑ N. G. Basov , V. S. Letokhov . Optiske frekvensstandarder  // Uspekhi fizicheskikh nauk . - Det russiske videnskabsakademi , 1968. - T. 96 , nr. 12 .
  4. ↑ Nationale metrologilaboratorier Arkiveret 18. maj 2011 på Wayback Machine  . NIST, 3. februar 2011   (Få adgang 14. juni 2011)
  5. ↑ Oskay W., Diddams S., Donley A., Frotier T., Heavner T., et al. Enkeltatoms optisk ur med høj nøjagtighed   // Fysisk . Rev. Lett. . - American Physical Society, 4. juli 2006. - Vol. 97 , nr. 2 . — ISSN 0031-9007 . - doi : 10.1103/PhysRevLett.97.020801 .
  6. ↑ M. Paymakova. Nye atomure vil være et sekund bagud om 15 milliarder år  // Vesti.Ru. — 22. april 2015.
  7. ↑ Atomure: snart i mobiltelefoner (utilgængeligt link) . CNews (3. september 2004). Dato for adgang: 13. december 2010. Arkiveret fra originalen 3. januar 2012. 
  8. ↑ Nanoteknologi :: . Hentet 11. oktober 2008. Arkiveret fra originalen 14. marts 2014.
  9. ↑ Igor Lalayants. Atomiske håndjern  // Viden er magt . - 2005. - Nr. 9 . — ISSN 0130-1640 . Arkiveret fra originalen den 24. juni 2008.
  10. ↑ Russiske fysikere har skabt "hjertet" af miniature atomure . Lenta.ru (18. marts 2010). Hentet 13. december 2010. Arkiveret fra originalen 17. juni 2010.
  11. ↑ Chip Scale Atomic Clock (CSAC) SA.45s . Hentet 17. januar 2021. Arkiveret fra originalen 8. oktober 2018.

Links

  Gå til Wikidata-elementet  Ordbøger og encyklopædier
I bibliografiske kataloger
 Kigge på
Efter handlingsprincippet
Efter aftale
Type
Detaljer og mekanismer af ure
berømt ur