Kuinka atomikello mittaa aikaa
Atomikellojen suunnittelussa on kvartsikide: se supistuu ja
Ymmärtääksesi kuinka tämä toimii, sinun on muistettavaatomin rakenne. Keskellä on positiivisesti varautunut ydin: ympärillä on negatiivisesti varautuneita elektroneja, kukin omalla kiertoradalla. Lisäksi jokainen niistä on tietyllä energiatasolla, toisin sanoen sillä on tietty määrä energiaa johtuen vetovoimasta ytimeen.
Tätä tasoa voi muuttaa lähettämälläelektronilla on enemmän energiaa, tätä varten voit esimerkiksi lämmittää atomia. Sitten elektroni palaa jälleen tasolleen ja luovuttaa ylimäärän säteilyn muodossa. Kaikki on rakennettu tälle säteilylle: sillä on tietty taajuus ja se muistuttaa kellossa olevaa heiluria.
Nykyään atomikellot voivat toimia rubidium-, strontium- ja vetyatomeilla: periaate ei muutu tästä.
Atomikellojen suunnittelua parannetaan jatkuvasti, esimerkiksi keksittiin mekanismi, joka jää sekunnin jälkeen joka sata miljardia vuotta.
Ilman atomikelloa ei ole navigointia maan päällä ja avaruudessa
Atomikelloa tarvitaan ensisijaisesti navigointiin:GLONASS ja GPS, koska nämä järjestelmät määrittävät ajan, jonka signaali kulkee maapallon pisteestä satelliittiin ja takaisin. Kelloa käytetään kohteiden välisen etäisyyden mittaamiseen sen mukaan, kuinka kauan kestää signaalin kulkeminen pisteestä A pisteeseen B.
Navigointi käyttää tällä hetkellä jääkaapin kokoisia atomikelloja maan päällä avaruusaluksen sijainnin määrittämiseen.
Voi kestää yli tunnin, ennen kuin signaali saavuttaa avaruusaluksen ja palaa Maahan.
Näistä tiedoista lasketaan koordinaatit ja ohjeet: ne lähetetään takaisin avaruusalukseen.
Jos avaruusaluksella on oma kellonsa, se pystyy laskemaan oman lentoradansa. Näin voit matkustaa pidemmälle ja kuljettaa ihmisiä turvallisesti muille planeetoille.
Selvitä planeettojen välinen etäisyys atomikellojen avulla
Mutta atomikellojen pääasiakas on tähtitieteilijät. He käyttävät atomikelloja mittaamaan valtavia etäisyyksiä avaruudessa ja määrittämään, kuinka kaukana olemme tietystä planeettasta tai asteroidista.
Tätä varten he lähettävät signaalin ja vahvistavat sen palautusajan. Jos virhe on jopa sekunnin ajan, voit menettää noin kolmesataa tuhatta kilometriä tarkkuudessa.
Kuinka atomikello voi auttaa sinua löytämään pimeän aineen
Pimeä aine voi vaikuttaa meihintavallinen asia, ja tällä täytyy olla seurauksia. Yksi niistä voi olla muutos hienorakennevakiossa, joka on yksi fysikaalisista perusvakioista.
Hienorakennevakio on ensimmäisellä kiertoradalla olevan elektronin pyörimisnopeuden suhde valon nopeuteen, ja se on noin 0,007.
Tiedemiehet uskoivat aiemmin, että tämä vakio on aina sama arvo, mutta kuten viimeaikaiset löydöt ovat osoittaneet, se voi vaihdella hieman.
Erään teorian mukaan pimeä aine on alkuräjähdyksen aikana syntyneitä topologisia vikoja avaruudessa. Ne voivat vaikuttaa vakioon.
Tiedemiehet ovat käyttäneet useita atomikelloja, jotenKuinka topologiavirheiden tulisi vaikuttaa avaruudessa oleviin kaukana oleviin objekteihin, sen on toimittava eri tavalla avaruudessa erotetuissa kelloissa.
Tarkkuuden parantamiseksi kirjoittajatyhdistettiin kellot tarkkuuden parantamiseksi neljän laitteen verkkoon, joista jokainen sijaitsee jossakin maassa: Puolassa, Yhdysvalloissa, Japanissa ja Ranskassa. Kaikkien laitteiden tiedot yhdistetään topologisten vaikutusten analysoimiseksi.
Erittäin tarkka atomikello pystyy mittaamaan aika-avaruuden vääristymiä
Tutkijat ovat vakuuttuneita siitä, että riittävän tarkka atomikello voi toimia työkaluna, jolla mitataan kuinka esineet painovoiman vaikutuksesta vääristävät ympäröivää tilaa.
Boulderin National Institute of Standards and Technology -instituutin fyysikot käyttivät lasereita ja loivat väliaikaisen ansan atomeille: se näytti useilta hyvin pieniltä kupeilta.
Tuhannet ytterbiumatomit täyttävät nämä kupit, kun ne altistetaan oikeantaajuiselle lasersäteelle, ja kiertoradalla olevat elektronit liikkuvat yhden energiatason.
Tällaisessa järjestelmässä elektronit tekevät enemmänkvadriljoona siirtymää. Heti kun laser on viritetty "ihanteelliselle" taajuudelle, alkaa tiedon muuntaminen lasersäteilyn taajuudesta signaaliksi, joka voidaan vastaanottaa ja tulkita elektronisella laitteella, eli kellolla.
Tutkijat pystyivät virittämään laserin niin, että nyt saadut tiedot auttavat määrittämään painovoiman vaikutuksen itse aika-avaruuteen.
Atomikellot ovat tärkeä mittausvälineniin lyhytaikainen määrä kuin aika. Ilman sitä ei ole mahdollista seurata pienimpiä maan ajan muutoksia tai mitata etäisyyttä naapuriplaneettoihin ja -galakseihin.
Ja tulevaisuudessa atomikelloista tulee välttämättömiä planeettojen kolonisoinnissa ja pimeän aineen tutkimuksessa.
Mutta niistä ei todennäköisesti koskaan tule kotitalouksien vempaimia.
Lue lisää:
Maa alkoi pyöriä nopeammin: miksi näin tapahtuu ja onko olemassa vaara
Mahdollisen eläinten asteroidipudotuksen jälkeen jääneiden jälkeläiset elävät edelleen maapallolla
Fyysikot ovat jäähdyttäneet atomit maailman alimpaan lämpötilaan