Как атомният часовник измерва времето
Дизайнът на атомните часовници съдържа кварцов кристал: той се свива и
За да разберете как работи това, трябва да запомнитеструктура на атома. В центъра има ядро, което е положително заредено: наоколо има отрицателно заредени електрони, всеки в своя собствена орбита. Освен това всеки от тях е на определено енергийно ниво, тоест има определено количество енергия поради привличане към ядрото.
Това ниво може да бъде променено чрез изпращанеповече енергия за електрона, за това можете например да загреете атома. Тогава електронът отново ще се върне на нивото си и ще се откаже от излишъка под формата на радиация. Всичко е изградено върху това излъчване: има определена честота и прилича на махало в часовника.
Днес атомните часовници могат да работят върху атоми от рубидий, стронций, водород: принципът не се променя от това.
Дизайнът на атомните часовници непрекъснато се подобрява, например е изобретен механизъм, който изостава с една секунда на всеки няколкостотин милиарда години.
Без атомен часовник няма да има навигация на Земята и в космоса
Атомният часовник е необходим предимно за навигация:GLONASS и GPS, тъй като тези системи определят разстоянието във времето за преминаване на сигнал от точка на Земята до спътник и обратно. Часовникът се използва за измерване на разстоянието между обекти въз основа на това колко време отнема сигналът да премине от точка А до точка Б.
Понастоящем навигацията използва атомни часовници с размерите на хладилник на Земята, за да определи местоположението на космически кораб.
Може да отнеме повече от час, докато сигналът достигне космическия кораб и се върне на Земята.
От тези данни се изчисляват координати и инструкции: те се изпращат обратно на космическия кораб.
Ако космическият кораб има собствен часовник на борда, той ще може да изчисли собствената си траектория. Това ще ви позволи да пътувате по -далеч и безопасно да транспортирате хора до други планети.
Разберете разстоянието между планетите с помощта на атомни часовници
Но основният клиент на атомните часовници са астрономите. Те използват атомни часовници, за да измерват огромни разстояния в космоса и да определят колко далеч сме от определена планета или астероид.
За да направят това, те изпращат сигнал и записват часа на връщането му. Ако грешката е дори за секунда, тогава можете да загубите около триста хиляди километра в точност.
Как атомният часовник може да ви помогне да намерите тъмна материя
Тъмната материя може да повлияе на нашитеобикновена материя и това трябва да има последствия. Една от тях може да бъде промяна в константата на фината структура, една от основните физични константи.
Константата на фината структура е отношението на скоростта на въртене на електрона в първата орбитала към скоростта на светлината и е приблизително 0,007.
По-рано учените вярваха, че тази константа винаги е равна на една и съща стойност, но, както показват последните открития, тя може леко да варира.
Според една теория тъмната материя е топологични дефекти в космоса, възникнали по време на Големия взрив. Те могат да повлияят на константата.
Учените са използвали няколко атомни часовника, т.нНачинът, по който топологичните дефекти трябва да действат върху отдалечени обекти в космоса, трябва да действа по различен начин на различни часовници, разделени в пространството.
За да подобрят точността, авторитекомбинирани часовници за подобряване на точността в мрежа от четири устройства, всяко разположено в една от страните: Полша, САЩ, Япония и Франция. Данните от всички устройства се комбинират, за да се анализират топологичните ефекти.
Свръхпрецизният атомен часовник ще може да измерва изкривяването на пространството-време
Учените са уверени, че достатъчно точен атомен часовник може да служи като инструмент за измерване на това как обектите поради гравитацията изкривяват околното пространство.
Физиците от Националния институт по стандарти и технологии в Боулдър използваха лазери и създадоха импровизиран капан за атоми: изглеждаше като няколко много малки чаши.
Хиляди атоми на итербий запълват тези чаши, когато са изложени на лазерен лъч с правилната честота, а електроните в орбита движат едно енергийно ниво.
В такава система електроните ще направят повечеквадрилионни преходи. Веднага след като лазерът се настрои на "идеалната" честота, започва транслацията на информация от честотата на лазерното излъчване в сигнал, който може да бъде приет и дешифриран от електронно устройство, тоест самият часовник.
Учените успяха да настроят лазера така, че сега получените данни да помогнат за определяне на ефекта на гравитацията върху самото пространство-време.
Атомните часовници са важен инструмент за измерванетакава ефимерна величина като времето. Без него няма да е възможно да се проследят и най-малките промени в земното време или да се измери разстоянието до съседните планети и галактики.
А в бъдеще атомните часовници ще станат незаменими за колонизацията на планетите и изучаването на тъмната материя.
Но е малко вероятно те някога да се превърнат в домакинска притурка.
Прочетете още:
Земята започна да се върти по -бързо: защо се случва това и има ли опасност
Потомците на оцелелите от възможно астероидно падане на животни все още живеят на Земята
Физиците са охладили атомите до най -ниската температура в света