O'tgan yili, 2012 yilda, insoniyat vaqtni iloji boricha aniqroq o'lchash uchun atom vaqtini hisoblashdan foydalanishga qaror qilganiga qirq besh yil bo'ldi. 1967 yilda Xalqaro vaqt toifasi astronomik shkalalar bilan belgilanmaydi - ular seziy chastotasi standarti bilan almashtirildi. Aynan u hozirgi mashhur nom - atom soatlarini oldi. Ular sizni aniqlashga imkon beradigan aniq vaqt uch million yil ichida bir soniyaning ahamiyatsiz xatosiga ega, bu ularni dunyoning istalgan burchagida vaqt standarti sifatida ishlatishga imkon beradi.
Biroz tarix
Vaqtni o'ta aniq o'lchash uchun atom tebranishlaridan foydalanish g'oyasi birinchi marta 1879 yilda ingliz fizigi Uilyam Tomson tomonidan ifodalangan. Rezonator atomlarining emitenti rolida bu olim vodoroddan foydalanishni taklif qildi. G‘oyani hayotga tatbiq etishga birinchi urinishlar faqat 1940-yillarda qilingan. yigirmanchi asr. Va dunyodagi birinchi ishlaydigan atom soati 1955 yilda Buyuk Britaniyada paydo bo'lgan. Ularning yaratuvchisi britaniyalik eksperimental fizik doktor Lui Essen edi. Bu soat seziy-133 atomlarining tebranishlari asosida ishlagan va ular tufayli olimlar nihoyat vaqtni avvalgidan ancha aniqroq o'lchashga muvaffaq bo'lishdi. Essenning birinchi qurilmasi har yuz yil davomida bir soniyadan ko'p bo'lmagan xatolikka yo'l qo'ydi, ammo keyinchalik u bir necha baravar ko'paydi va soniyada xatolik faqat 2-3 yuz million yil ichida to'planishi mumkin.
Atom soati: u qanday ishlaydi
Bu mohir "qurilma" qanday ishlaydi? Rezonans chastotasi generatori sifatida atom soatlari kvant darajasida molekulalar yoki atomlardan foydalanadi. bir necha diskret energiya darajalariga ega bo'lgan "atom yadrosi - elektronlar" tizimi o'rtasida aloqa o'rnatadi. Agar bunday tizim qat'iy belgilangan chastota bilan ta'sir qilsa, unda bu tizimning past darajadan yuqori darajaga o'tishi sodir bo'ladi. Teskari jarayon ham mumkin: atomning energiya emissiyasi bilan birga yuqori darajadan past darajaga o'tishi. Ushbu hodisalarni tebranish zanjiri (u atom osilatori deb ham ataladi) yaratish orqali barcha energiya sakrashlarini nazorat qilish va qayd etish mumkin. Uning rezonans chastotasi Plank doimiysiga bo'lingan qo'shni atom o'tish darajalari orasidagi energiya farqiga to'g'ri keladi.
Bunday tebranish sxemasi mexanik va astronomik o'tmishdoshlariga nisbatan shubhasiz afzalliklarga ega. Bunday atom osilatori uchun har qanday moddaning atomlarining rezonans chastotasi bir xil bo'ladi, uni mayatnik va piezokristallar haqida aytib bo'lmaydi. Bundan tashqari, atomlar vaqt o'tishi bilan o'z xususiyatlarini o'zgartirmaydi va eskirmaydi. Shuning uchun atom soatlari juda aniq va deyarli abadiy xronometrdir.
Aniq vaqt va zamonaviy texnologiyalar
Telekommunikatsiya tarmoqlari, sun'iy yo'ldosh aloqasi, GPS, NTP serverlari, birjadagi elektron bitimlar, onlayn auktsionlar, Internet orqali chiptalarni sotib olish tartibi - bularning barchasi va boshqa ko'plab hodisalar bizning hayotimizda uzoq vaqtdan beri mustahkam o'rnatilgan. Ammo agar insoniyat atom soatini ixtiro qilmaganida edi, bularning barchasi shunchaki sodir bo'lmas edi. To'g'ri vaqt, sinxronizatsiya har qanday xatolar, kechikishlar va kechikishlarni minimallashtirishga imkon beradi, odamga hech qachon ortiqcha bo'lmagan ushbu bebaho almashtirib bo'lmaydigan manbadan maksimal darajada foydalanish imkonini beradi.
Vaqtni o'lchash asboblarini ishlab chiqishda yangi turtki atom fiziklari tomonidan berildi.
1949 yilda birinchi atom soati qurildi, bu erda tebranishlar manbai mayatnik yoki kvarts osilatori emas, balki atomning ikki energiya darajasi o'rtasida elektronning kvant o'tishi bilan bog'liq signallar edi.
Amalda, bunday soatlar unchalik aniq emas edi, bundan tashqari, ular katta hajmli va qimmat bo'lib, keng qo'llanilmadi. Keyin kimyoviy element - seziyga murojaat qilishga qaror qilindi. Va 1955 yilda seziy atomlariga asoslangan birinchi atom soati paydo bo'ldi.
1967 yilda atom vaqti standartiga o'tishga qaror qilindi, chunki Yerning aylanishi sekinlashmoqda va bu sekinlashuvning kattaligi doimiy emas. Bu astronomlar va vaqt saqlovchilarining ishiga katta to'sqinlik qildi.
Hozirgi vaqtda Yer 100 yilda taxminan 2 millisekund tezlikda aylanmoqda.
Kunning davomiyligidagi tebranishlar ham soniyaning mingdan bir qismiga etadi. Shuning uchun Grinvich vaqtining aniqligi (1884 yildan beri jahon standarti) etarli emas. 1967 yilda atom vaqti standartiga o'tish sodir bo'ldi.
Bugungi kunda bir soniya 9 192 631 770 radiatsiya davriga to'liq teng bo'lgan vaqt davri bo'lib, bu Seziy 133 atomining asosiy holatining ikkita o'ta nozik darajasi o'rtasidagi o'tishga to'g'ri keladi.
Hozirgi vaqtda vaqt shkalasi sifatida Muvofiqlashtirilgan universal vaqt qo'llaniladi. U Xalqaro vazn va o'lchovlar byurosi tomonidan turli mamlakatlarning vaqtni o'lchash laboratoriyalari ma'lumotlari, shuningdek, Xalqaro Yer aylanish xizmati ma'lumotlarini birlashtirish orqali shakllantiriladi. Uning aniqligi astronomik Grinvich vaqtiga qaraganda deyarli million marta yaxshi.
O'ta aniq atom soatlarining o'lchamlari va narxini tubdan kamaytirish imkonini beruvchi texnologiya ishlab chiqildi, bu ularni turli maqsadlarda mobil qurilmalarda keng qo'llash imkonini beradi. Olimlar juda kichik o'lchamdagi atom vaqti standartini yaratishga muvaffaq bo'lishdi. Bunday atom soatlari 0,075 Vt dan kam iste'mol qiladi va 300 yil ichida bir soniyadan ko'p bo'lmagan xatolikka ega.
AQSh tadqiqot guruhi o'ta ixcham atom standartini yaratishga muvaffaq bo'ldi. Atom soatlarini an'anaviy AA batareyalaridan quvvatlantirish mumkin bo'ldi. Odatda kamida bir metr balandlikdagi o'ta aniq atom soatlari 1,5x1,5x4 mm hajmda joylashtirilgan.
AQShda bitta simob ioniga asoslangan eksperimental atom soati yaratildi. Ular xalqaro standart sifatida qabul qilingan seziydan besh barobar aniqroqdir. Seziy soatlari shunchalik aniqki, bir soniyalik farq faqat 70 million yildan keyin erishiladi va simob soatlari uchun bu davr 400 million yilni tashkil qiladi.
1982 yilda yangi astronomik ob'ekt - millisekundlik pulsar Vaqt standartining astronomik ta'rifi va uni yutgan atom soati o'rtasidagi bahsga aralashdi. Bu signallar eng yaxshi atom soatlari kabi barqarordir
Bilasizmi?
Rus tilidagi birinchi soat
1412 yilda Moskvada Buyuk Gertsogning hovlisida Annunciation cherkovi orqasida soat o'rnatildi va ularni Serb erlaridan kelgan serb rohib Lazar yasadi. Afsuski, rus tilidagi bu birinchi soatlarning tavsifi saqlanib qolmagan.
________Moskva Kremlining Spasskaya minorasida qo'ng'iroqlar qanday paydo bo'ldi?
17-asrda ingliz Kristofer Galovey Spasskaya minorasi uchun qo'ng'iroqlarni yasadi: soat doirasi 17 sektorga bo'lingan, soatning yagona qo'li harakatsiz, pastga qaragan va siferblatdagi istalgan raqamga ishora qilgan, ammo siferblatning o'zi aylangan.
Ko'pincha biz atom soatlari har doim aniq vaqtni ko'rsatadi degan iborani eshitamiz. Ammo ularning nomidan atom soatlari nima uchun eng aniq ekanligini yoki ular qanday ishlashini tushunish qiyin.
Bu nomda “atom” so‘zi borligi, hatto atom bombasi yoki atom elektr stansiyasi haqidagi fikrlar xayolga kelgan taqdirda ham, soat hayot uchun xavfli ekanligini anglatmaydi. Bunday holda, biz faqat soat printsipi haqida gapiramiz. Agar oddiy mexanik soatlarda vibratsiyali mexanizmlar tebranish harakatlarini bajarsa va ularning harakati hisoblansa, atom soatlarida atomlar ichidagi elektronlarning tebranishlari hisoblanadi. Ishlash tamoyilini yaxshiroq tushunish uchun elementar zarralar fizikasini eslaylik.
Bizning dunyomizdagi barcha moddalar atomlardan iborat. Atomlar proton, neytron va elektronlardan tashkil topgan. Protonlar va neytronlar bir-biri bilan qo'shilib, yadro hosil qiladi, u nuklon deb ham ataladi. Elektronlar yadro atrofida harakat qiladi, ular turli energiya darajalarida bo'lishi mumkin. Eng qizig'i shundaki, energiyani yutish yoki chiqarishda elektron o'zining energiya darajasidan yuqori yoki past darajaga o'tishi mumkin. Elektron har bir o'tishda ma'lum chastotali elektromagnit nurlanishni yutish yoki chiqarish orqali elektromagnit nurlanishdan energiya olishi mumkin.
Ko'pincha Seziy -133 elementining atomlari o'zgarishi uchun ishlatiladigan soatlar mavjud. Agar 1 soniyada mayatnik an'anaviy soatlar 1 tebranish harakatini amalga oshiradi, keyin elektronlar atom soatlarida Seziy-133 asosida, bir energiya darajasidan ikkinchisiga o'tishda ular 9192631770 Gts chastotali elektromagnit nurlanish chiqaradilar. Ma'lum bo'lishicha, agar u atom soatlarida hisoblansa, bir soniya aynan shu miqdordagi intervallarga bo'linadi. Bu qiymat xalqaro hamjamiyat tomonidan 1967 yilda rasman qabul qilingan. 60 emas, balki 9192631770 bo'linmalari mavjud bo'lgan ulkan siferblatni tasavvur qiling, bu atigi 1 soniya. Atom soatlari juda aniq va bir qator afzalliklarga ega bo'lishi ajablanarli emas: atomlar qarimaydi, eskirmaydi va tebranish chastotasi har doim bitta kimyoviy element uchun bir xil bo'ladi, buning natijasida bir vaqtning o'zida taqqoslash mumkin. , masalan, kosmosda va Yerdagi atom soatlarining o'qishlari, xatolardan qo'rqmaydi.
Atom soatlari tufayli insoniyat amalda nisbiylik nazariyasining to'g'riligini sinab ko'rishga muvaffaq bo'ldi va Yerdagiga qaraganda bunga ishonch hosil qildi. Atom soatlari ko'plab sun'iy yo'ldoshlar va kosmik kemalarga o'rnatiladi, ular telekommunikatsiya ehtiyojlari uchun, mobil aloqa uchun ishlatiladi, ular butun sayyoradagi aniq vaqtni solishtiradilar. Mubolag'asiz, atom soatining ixtirosi tufayli insoniyat yuqori texnologiyalar davriga kirishga muvaffaq bo'ldi.
Atom soatlari qanday ishlaydi?
Seziy-133 bug'langan seziy atomlari orqali isitiladi, ular magnit maydon orqali o'tadi, bu erda kerakli energiya holatiga ega atomlar tanlanadi.
Keyin tanlangan atomlar 9192631770 Gts ga yaqin chastotali magnit maydondan o'tadi, bu esa kvarts osilatorini yaratadi. Maydon ta'sirida seziy atomlari yana energiya holatini o'zgartiradi va detektorga tushadi, bu esa kiruvchi atomlarning eng ko'p soni "to'g'ri" energiya holatiga ega bo'lishini aniqlaydi. O'zgargan energiya holatiga ega bo'lgan atomlarning maksimal soni mikroto'lqinli maydon chastotasi to'g'ri tanlanganligini ko'rsatadi va keyin uning qiymati elektron qurilmaga - chastotani ajratuvchiga yuboriladi, u chastotani butun songa qisqartiradi. 1 raqami, ikkinchisi mos yozuvlar.
Shunday qilib, seziy atomlari kristall osilator tomonidan ishlab chiqarilgan magnit maydonning to'g'ri chastotasini tekshirish uchun ishlatiladi va uni doimiy saqlashga yordam beradi.
Bu qiziq: Garchi bugungi kunda mavjud bo'lgan atom soatlari misli ko'rilmagan darajada aniq va millionlab yillar davomida xatosiz ishlashi mumkin bo'lsa-da, fiziklar bu bilan to'xtab qolmoqchi emaslar. Turli xil kimyoviy elementlarning atomlaridan foydalanib, ular doimiy ravishda atom soatlarining aniqligini yaxshilash ustida ishlamoqda. Eng so'nggi ixtirolardan - atom soatlari stronsiy, bu seziy hamkasbiga qaraganda uch barobar aniqroqdir. Ulardan bir soniya ortda qolishlari uchun 15 milliard yil kerak bo'ladi - bu bizning koinotimiz yoshidan ko'proq vaqt ...
Agar xato topsangiz, matnning bir qismini ajratib ko'rsating va bosing Ctrl+Enter.
Atom soati 2016 yil 27 yanvar
Shveytsariya, hatto Yaponiya ham atom vaqti standartiga ega dunyodagi birinchi cho'ntak soatlarining vatani bo'lmaydi. Ularni yaratish g'oyasi Buyuk Britaniyaning markazida Londonda joylashgan Hoptroff brendidan kelib chiqqan
Atom yoki ularni "kvant soatlari" deb ham atashadi, bu atomlar yoki molekulalar darajasida sodir bo'ladigan jarayonlar bilan bog'liq tabiiy tebranishlar yordamida vaqtni o'lchaydigan qurilma. Richard Xoptrof yuqori texnologiyali qurilmalarga qiziqqan zamonaviy janoblar uchun cho'ntak mexanik soatlarini yanada g'ayrioddiy va g'ayrioddiy narsaga, shuningdek, zamonaviy shahar tendentsiyalariga mos ravishda almashtirish vaqti keldi, deb qaror qildi.
Shunday qilib, jamoatchilikka nafis cho'ntak Hoptrof № atom soati namoyish etildi. 10, bu gadjetlarning ko'pligi bilan vasvasaga solingan zamonaviy avlodni nafaqat retro uslubi va fantastik aniqligi, balki xizmat muddati bilan ham hayratda qoldirishi mumkin. Ishlab chiquvchilarning fikriga ko'ra, ushbu soat siz bilan birga bo'lsa, siz kamida 5 milliard yil davomida eng aniq odam bo'lib qolishingiz mumkin.
Ular haqida yana nimani qiziqarli bilib olishingiz mumkin ...
2-rasm. 
Bunday soatlarga hech qachon qiziqmaganlarning barchasi uchun ularning ishlash printsipini qisqacha ta'riflash kerak. "Atom qurilmasi" ichida klassik mexanik soatga o'xshash hech narsa yo'q. Hoptrof-da №. 10 kabi mexanik qismlar mavjud emas. Buning o'rniga atomik cho'ntak soatlari radioaktiv gazsimon modda bilan to'ldirilgan muhrlangan kamera bilan jihozlangan, uning harorati maxsus o'choq tomonidan boshqariladi. Aniq vaqt quyidagicha: lazerlar soatning o'ziga xos "to'ldiruvchisi" bo'lgan kimyoviy element atomlarini qo'zg'atadi va rezonator har bir atom o'tishini ushlaydi va o'lchaydi. Bugungi kunda bunday qurilmalarning asosiy elementi seziy hisoblanadi. Agar biz SI birliklar tizimini eslasak, unda soniyaning qiymati seziy-133 atomlarining bir energiya darajasidan ikkinchisiga o'tish davridagi elektromagnit nurlanish davrlari soni bilan bog'liq.
3-rasm. 
Agar smartfonlarda protsessor chipi qurilmaning yuragi hisoblansa, Hoptrof-da No. 10 bu rolni mos yozuvlar vaqtining modul-generatori oladi. U Symmetricom tomonidan etkazib beriladi va chipning o'zi dastlab harbiy sanoatda - uchuvchisiz uchish apparatlarida foydalanishga qaratilgan edi.
CSAC atom soati seziy bug 'kamerasini o'z ichiga olgan harorat bilan boshqariladigan termostat bilan jihozlangan. Seziy-133 atomlariga lazer ta'sirida ularning bir energiya holatidan ikkinchisiga o'tishi boshlanadi, buning uchun uni o'lchash uchun mikroto'lqinli rezonator ishlatiladi. 1967 yildan beri Xalqaro birliklar tizimi (SI) bir soniyani seziy-133 atomining asosiy holatining ikki o'ta nozik darajasi o'rtasidagi o'tishdan kelib chiqadigan 9,192,631,770 elektromagnit nurlanish davri sifatida aniqladi. Shunga asoslanib, seziyga asoslangan texnik jihatdan aniqroq soatni tasavvur qilish qiyin. Vaqt o'tishi bilan, vaqtni hisoblash sohasidagi so'nggi yutuqlar bilan, ultrabinafsha chastotada (seziy soatlarining mikroto'lqinli chastotalaridan 100 000 marta) pulsatsiyalanuvchi alyuminiy ioniga asoslangan yangi optik soatlar atomik xronometrlarga qaraganda yuzlab marta aniqroq bo'ladi. Oddiy qilib aytganda, Hoptrofning yangi №10 cho'ntak soati yiliga 0,0015 soniya aniqlikka ega, bu COSC standartlaridan 2,4 million marta yaxshi.
4-rasm. 
Qurilmaning funksional tomoni ham fantaziya yoqasida. Uning yordamida siz quyidagilarni bilib olishingiz mumkin: vaqt, sana, haftaning kuni, yil, turli qiymatlardagi kenglik va uzunlik, bosim, namlik, yulduz soatlari va daqiqalari, suv oqimi prognozi va boshqa ko'plab ko'rsatkichlar. Soat oltin rangda ishlab chiqariladi va uning qimmatbaho metall korpusini yaratish uchun 3D-printerdan foydalanish rejalashtirilgan.
Richard Xoptrof chin dildan uning avlodlari uchun ushbu ishlab chiqarish variantini eng maqbul deb hisoblaydi. Dizaynning dizayn komponentini biroz o'zgartirish uchun ishlab chiqarish liniyasini umuman qayta qurish shart emas, balki buning uchun 3D bosib chiqarish moslamasining funktsional moslashuvchanligidan foydalanish kerak. To'g'ri, shuni ta'kidlash kerakki, ko'rsatilgan soat prototipi klassik tarzda ishlab chiqarilgan.
5-rasm. 
Hozirgi kunda vaqt juda qimmatli va cho'ntak soati Hoptrof №. 10 - buning to'g'ridan-to'g'ri tasdig'idir. Dastlabki ma'lumotlarga ko'ra, yadroviy qurilmalarning birinchi partiyasi 12 dona bo'ladi, narxiga kelsak, 1 nusxaning narxi 78 ming dollarni tashkil qiladi.
6-rasm. 
Brendning boshqaruvchi direktori Richard Xoptrofning so‘zlariga ko‘ra, bu g‘oyada Xoptrofning Londondagi qarorgohi muhim rol o‘ynagan. “Kvars harakatlarimizda biz GPS signali bilan yuqori aniqlikdagi tebranish tizimidan foydalanamiz. Ammo London markazida bu signalni ushlash unchalik oson emas. Bir marta, Grinvich rasadxonasiga sayohat paytida men u erda Hewlett Packard atom soatini ko'rdim va Internet orqali o'zim uchun shunga o'xshash narsani sotib olishga qaror qildim. Va men qila olmadim. Buning o‘rniga men Symmetricon chipi haqidagi ma’lumotga duch keldim va uch kun o‘ylab, cho‘ntak soati uchun juda mos kelishini angladim”.
Ko'rib chiqilayotgan chip SA.45s sezyum atom soati (CSAC) bo'lib, GPS qabul qiluvchilar, ryukzak radiolar va dronlar uchun miniatyura atom soatlarining birinchi avlodidir. Oddiy o'lchamlariga (40 mm x 34,75 mm) qaramay, qo'l soatiga sig'ishi dargumon. Shuning uchun, Hoptroff ular bilan juda qattiq cho'ntak modelini (diametri 82 mm) jihozlashga qaror qildi.
Hoptroff № 10 (brendning o'ninchi harakati) dunyodagi eng aniq soat bo'lishidan tashqari, 3D bosib chiqarish texnologiyasidan foydalangan holda yaratilgan birinchi oltin korpus ekanligini ham da'vo qilmoqda. Hoptrof ish uchun qancha oltin kerakligini hali aniq bilmaydi (birinchi prototip ustida ish nashrga chiqqanda yakunlangan), lekin uning narxi “kamida bir necha ming funt” bo‘lishini taxmin qilmoqda. Va mahsulotni ishlab chiqish uchun zarur bo'lgan barcha ilmiy-tadqiqot ishlari bilan (3000 xil portlar uchun garmonik konstantalar uchun to'lqin funktsiyasi haqida o'ylab ko'ring), siz yakuniy chakana narxi 50,000 funt sterling atrofida bo'lishini kutasiz.
3D-printerdan chiqishda 10-raqamli oltin quti va tayyor shaklda
Xaridorlar avtomatik ravishda eksklyuziv klubga a'zo bo'lishadi va atom soati chipini qurol sifatida ishlatmaslik to'g'risida yozma majburiyatni imzolashlari talab qilinadi. “Bu yetkazib beruvchi bilan tuzilgan shartnomamizning shartlaridan biri”, deb tushuntiradi janob Xoptrof, “chunki atom chipi dastlab raketalarni boshqarish tizimlarida ishlatilgan”. Mukammal aniqlikdagi soatni olish uchun ko'p narsa emas.
Xoptrofning 10-raqamli baxtli egalari ixtiyorida yuqori aniqlikdagi soatlardan ko'proq narsa bo'ladi. Model, shuningdek, cho'ntak navigatsiya qurilmasi vazifasini ham bajaradi, bu oddiy sekstant yordamida dengizda ko'p yillar bo'lganidan keyin ham uzunlikni bir dengiz miligacha aniqlash imkonini beradi. Model ikkita siferblat oladi, ammo ulardan birining dizayni haligacha sir saqlanmoqda. Ikkinchisi 28 ta murakkablikni aks ettiruvchi hisoblagichlar bo'roni: barcha mumkin bo'lgan xronometrik funktsiyalar va kalendar ko'rsatkichlaridan kompas, termometr, gigrometr (namlik darajasini o'lchash uchun qurilma), barometr, kenglik va uzunlik hisoblagichlari va yuqori indikatorgacha. / past to'lqin. Va bu atom termostatining holatining hayotiy ko'rsatkichlarini eslatib o'tmaydi.
Hoptrof bir qator yangi mahsulotlarni, jumladan Jorj Danielsning afsonaviy murakkab kosmik sayohatchi soatining elektron versiyasini ishlab chiqarishni rejalashtirmoqda. Hozirda ular Bluetooth texnologiyasini soatga integratsiya qilish ustida ishlamoqda, bu esa foydalanuvchining shaxsiy ma'lumotlarini saqlash va oy fazasi displey kabi asoratlarni avtomatik sozlash imkonini beradi.
Chiroq to'satdan o'chib, birozdan keyin yana yonsa, soatni qanday vaqtga qo'yish kerakligini qanday bilasiz? Ha, men ko'pchiligimizda bo'lgan elektron soatlar haqida gapiryapman. Vaqt qanday tartibga solinishi haqida hech o'ylab ko'rganmisiz? Ushbu maqolada biz atom soatlari va ular butun dunyoni qanday qilib hayajonga solishi haqida hamma narsani bilib olamiz.
Atom soatlari vaqtni boshqa soatlarga qaraganda yaxshiroq aytib beradi. Ular vaqtni Yerning aylanishi va yulduzlar harakatidan ko'ra yaxshiroq aytib berishadi. Atom soatlarisiz GPS navigatsiyasi imkonsiz bo'lar edi, sinxronlashtirilmaydi va sayyoralarning joylashuvi kosmik zondlar va transport vositalari uchun etarlicha aniqlik bilan ma'lum bo'lmaydi.
Atom soatlari radioaktiv emas. Ular atom parchalanishiga tayanmaydilar. Bundan tashqari, ular oddiy soatlar kabi bahorga ega. Standart soatlar va atom soatlari o'rtasidagi eng katta farq shundaki, atom soatlaridagi tebranishlar atom yadrosida atrofdagi elektronlar o'rtasida sodir bo'ladi. Bu tebranishlarni o'ralgan soatlarda muvozanat g'ildiragiga parallel deb atash qiyin, ammo o'tish vaqtini kuzatish uchun ikkala turdagi tebranishlardan foydalanish mumkin. Atom ichidagi tebranish chastotasi yadro massasi, tortishish kuchi va yadroning musbat zaryadi va uning atrofidagi elektronlar buluti orasidagi elektrostatik "buloq" bilan belgilanadi.
Biz atom soatlarining qanday turlarini bilamiz?
Bugungi kunda atom soatlarining har xil turlari mavjud, ammo ular bir xil printsiplarga asoslanadi. Asosiy farq energiya darajasidagi o'zgarishlarni aniqlash elementi va vositalari bilan bog'liq. Har xil turdagi atom soatlari orasida quyidagilar mavjud:
- Seziy atomlarining nurlari yordamida seziy atom soatlari. Soat turli energiya darajalariga ega seziy atomlarini magnit maydon orqali ajratib turadi.
- Vodorod atomi soati devorlari maxsus materialdan yasalgan idishda vodorod atomlarini kerakli energiya darajasida ushlab turadi, shuning uchun atomlar o'zlarining yuqori energiya holatini tezda yo'qotmaydi.
- Rubidiy atom soatlari, eng oddiy va eng ixcham, rubidiy gazi bilan to'ldirilgan shisha hujayradan foydalanadi.
Bugungi kunda eng aniq atom soatlari seziy atomidan va detektorli an'anaviy magnit maydondan foydalanadi. Bundan tashqari, seziy atomlari lazer nurlari tomonidan ushlab turiladi, bu Doppler effekti tufayli kichik chastotali o'zgarishlarni kamaytiradi.
Seziyga asoslangan atom soatlari qanday ishlaydi?
Atomlar xarakterli tebranish chastotasiga ega. Chastotaning tanish misoli - olovga tashlangan stol tuzidagi natriyning to'q sariq rangdagi porlashi. Atom juda ko'p turli chastotalarga ega, ba'zilari radio diapazonida, ba'zilari ko'rinadigan spektrda va ba'zilari orasida. Seziy-133 ko'pincha atom soatlari uchun tanlanadi.
Atom soatida seziy atomlarining rezonansini keltirib chiqarish uchun o'tishlardan birini yoki rezonans chastotasini aniq o'lchash kerak. Bu odatda seziy atomining asosiy mikroto'lqinli rezonansida kristall osilatorni blokirovka qilish orqali amalga oshiriladi. Ushbu signal radiochastota spektrining mikroto'lqinli diapazonida bo'lib, to'g'ridan-to'g'ri efirga uzatiladigan sun'iy yo'ldoshlarning signallari bilan bir xil chastotaga ega. Muhandislar spektrning ushbu mintaqasi uchun asbob-uskunalarni eng kichik detallarigacha qanday yaratishni bilishadi.
Soat yaratish uchun seziy birinchi navbatda atomlar bug'lanishi va yuqori vakuumli trubadan o'tishi uchun qizdiriladi. Birinchidan, ular kerakli energiya holatiga ega atomlarni tanlaydigan magnit maydondan o'tadi; keyin ular intensiv mikroto'lqinli maydondan o'tadilar. Mikroto'lqinli energiya chastotasi tor chastota diapazonida oldinga va orqaga sakrab o'tadi, shuning uchun u bir nuqtada 9,192,631,770 gerts (Gts yoki sekundiga aylanish) chastotasiga etadi. Mikroto'lqinli osilatorning diapazoni allaqachon bu chastotaga yaqin, chunki u aniq kristall osilator tomonidan ishlab chiqariladi. Sezyum atomi kerakli chastotadagi mikroto'lqinli energiyani olganda, u energiya holatini o'zgartiradi.
Naychaning oxirida yana bir magnit maydon atomlarni ajratib turadi, agar mikroto'lqinli maydon to'g'ri chastotada bo'lsa, energiya holatini o'zgartirgan. Naychaning uchidagi detektor uni urgan seziy atomlari soniga mutanosib ravishda chiqishni beradi va mikroto'lqinli chastota etarlicha to'g'ri bo'lganda cho'qqiga chiqadi. Kristalli osilatorni va shuning uchun mikroto'lqinli maydonni kerakli chastotaga etkazish uchun bu eng yuqori signal tuzatish uchun kerak. Keyinchalik bu qulflangan chastota 9,192,631,770 ga bo'linadi, bu esa haqiqiy dunyoga kerak bo'lgan soniyada bir pulsni beradi.
Atom soati qachon ixtiro qilingan?
1945 yilda Kolumbiya universiteti fizika professori Isidor Rabi 1930-yillarda ishlab chiqilgan texnikalar yordamida yasash mumkin bo'lgan soatni taklif qildi. U magnit-rezonans atom nuri deb ataldi. 1949 yilga kelib Milliy standartlar byurosi ammiak molekulasi asosida tebranishlari o‘qiladigan dunyodagi birinchi atom soati yaratilganini e’lon qildi va 1952 yilga kelib seziy atomlari asosidagi dunyodagi birinchi atom soati NBS-1 ni yaratdi.
1955 yilda Angliyadagi Milliy Fizika laboratoriyasi kalibrlash manbai sifatida seziy nuridan foydalangan holda birinchi soatni qurdi. Keyingi o'n yil ichida yanada ilg'or soatlar yaratildi. 1967 yilda Og'irliklar va o'lchovlar bo'yicha 13-Bosh konferentsiyada SI soniya seziy atomidagi tebranishlar asosida aniqlandi. Jahon vaqtini hisoblash tizimida bundan yaxshiroq ta'rif yo'q edi. NBS-4, dunyodagi eng barqaror seziy soati 1968 yilda qurib bitkazildi va 1990 yilgacha ishlatildi.
1999 yilda NIST deb o'zgartirilgan NBS har 20 million yilda bir soniyada aniq bo'lgan NIST-F1 soati bilan ishlay boshladi. 
Atom vaqti qanday o'lchanadi?
Bugungi kunda seziy zarrachasining rezonanslashi uchun to'g'ri chastota xalqaro miqyosda 9 192 631 770 gerts bo'lishi bilan kelishilgan, shuning uchun chiqishni bu raqamga bo'lish 1 Gts yoki soniyada 1 tsiklni berishi kerak.
Vaqtni o'lchashning aniqligi astronomik usullar bilan solishtirganda million marta. Bugungi kunda u besh milliard yilda bir soniyani yo'qotadi.
