כיצד שעון אטומי מודד זמן
העיצוב של שעונים אטומיים מכיל גביש קוורץ: הוא מתכווץ ו
כדי להבין איך זה עובד, אתה צריך לזכורמבנה האטום. במרכז ישנו גרעין טעון חיובי: מסביב יש אלקטרונים בעלי מטען שלילי, כל אחד במסלול שלו. יתרה מכך, כל אחד מהם נמצא ברמת אנרגיה מסוימת, כלומר יש לו כמות מסוימת של אנרגיה עקב משיכה לגרעין.
ניתן לשנות רמה זו על ידי שליחהיותר אנרגיה לאלקטרון, לשם כך תוכל למשל לחמם את האטום. אז האלקטרון יחזור שוב לרמתו ויוותר על העודף בצורה של קרינה. הכל בנוי על קרינה זו: יש לה תדר מסוים ודומה למטוטלת בשעון.
כיום, שעונים אטומיים יכולים לעבוד על אטומים של רובידיום, סטרונציום, מימן: העיקרון אינו משתנה מכך.
עיצוב השעונים האטומיים משתפר כל הזמן, למשל, הומצא מנגנון המשתהה מאחור בשנייה אחת למספר מאות מיליארד שנים.
ללא שעון אטומי, לא יהיה ניווט בכדור הארץ ובחלל
השעון האטומי נחוץ בעיקר לניווט:GLONASS ו- GPS, מכיוון שמערכות אלה קובעות את המרחק בזמן לאות לנסוע מנקודה על כדור הארץ ללוויין ובחזרה. שעון משמש למדידת המרחק בין אובייקטים על סמך כמה זמן לוקח לאות לעבור מנקודה A לנקודה B.
נכון לעכשיו, הניווט משתמש בשעונים אטומיים בגודל מקרר על פני כדור הארץ כדי לאתר את מיקומה של חללית.
ייתכן שיחלפו יותר משעה עד שהאות יגיע לחללית ויחזור לכדור הארץ.
מנתונים אלה מחושבים קואורדינטות והוראות: הן נשלחות חזרה לחללית.
אם לחללית יש שעון משלה על הסיפון, היא תוכל לחשב את המסלול שלה. זה יאפשר לך לנסוע הלאה ובבטחה אנשים לכוכבי לכת אחרים.
גלה את המרחק בין כוכבי לכת באמצעות שעונים אטומיים
אבל הלקוח העיקרי של שעונים אטומיים הוא אסטרונומים. הם משתמשים בשעונים אטומיים כדי למדוד מרחקים עצומים בחלל ולקבוע כמה רחוק אנחנו מכוכב או אסטרואיד מסוים.
לשם כך הם שולחים אות ומתעדים את זמן החזרה שלו. אם השגיאה היא אפילו לשנייה, אתה יכול לאבד בערך שלוש מאות אלף קילומטרים בדיוק.
כיצד שעון אטומי יכול לעזור לך למצוא חומר אפל
חומר אפל עשוי להשפיע עלינוחומר רגיל ולכך חייבות להיות השלכות. אחד מהם עשוי להיות שינוי בקבוע המבנה העדין, אחד הקבועים הפיזיקליים הבסיסיים.
קבוע המבנה העדין הוא היחס בין מהירות הסיבוב של האלקטרון במסלול הראשון למהירות האור, והוא בערך 0.007.
מדענים האמינו בעבר שהקבוע הזה תמיד שווה לאותו ערך, אבל כפי שהראו תגליות אחרונות, הוא יכול להשתנות מעט.
לפי תיאוריה אחת, החומר האפל הוא פגמים טופולוגיים בחלל שהתעוררו במהלך המפץ הגדול. הם יכולים להשפיע על הקבוע.
מדענים השתמשו בכמה שעונים אטומיים, אזהאופן שבו פגמים בטופולוגיה צריכים לפעול על עצמים מרוחקים במרחב חייב לפעול אחרת על שעונים שונים המופרדים במרחב.
כדי לשפר את הדיוק, המחבריםשילבו שעונים לשיפור הדיוק לרשת של ארבעה מכשירים, שכל אחד מהם ממוקם באחת המדינות: פולין, ארה"ב, יפן וצרפת. נתונים מכל המכשירים משולבים כדי לנתח השפעות טופולוגיות.
שעון אטומי מדויק במיוחד יוכל למדוד את עיוות הזמן-מרחב
מדענים בטוחים כי שעון אטומי מספיק מדויק יכול לשמש כלי למדידת האופן שבו אובייקטים, עקב כוח הכבידה, מעוותים את החלל שמסביב.
פיזיקאים מהמכון הלאומי לתקנים וטכנולוגיה בבולדר השתמשו בלייזרים ויצרו מלכודת מאולתרת לאטומים: זה נראה כמו כמה כוסות קטנות מאוד.
אלפי אטומי ytterbium ממלאים כוסות אלה כאשר הם נחשפים לקרן לייזר בתדירות הנכונה, ואלקטרונים במסלול מזיזים רמת אנרגיה אחת.
במערכת כזו האלקטרונים יעשו יותרמעברי רביעייה. ברגע שהלייזר מכוון את התדר "האידיאלי", מתחיל תרגום המידע מתדירות קרינת הלייזר לאות שניתן לקבל ולפענח על ידי מכשיר אלקטרוני, כלומר השעון עצמו.
מדענים הצליחו לכוון את הלייזר כך שהנתונים המתקבלים יעזרו לקבוע את השפעת הכבידה על זמן החלל עצמו.
שעונים אטומיים הם כלי מדידה חשובכמות ארעית כמו זמן. בלעדיו, לא ניתן יהיה לעקוב אחר השינויים הקלים ביותר בזמן כדור הארץ או למדוד את המרחק לכוכבי לכת וגלקסיות שכנות.
ובעתיד, שעונים אטומיים יהפכו הכרחיים להתיישבות כוכבי הלכת ולחקר החומר האפל.
אבל לא סביר שהם יהפכו לעולם לגאדג'ט ביתי.
קרא עוד:
כדור הארץ החל להסתובב מהר יותר: מדוע זה קורה והאם יש סכנה
צאצאיהם של ניצולי נפילת אסטרואידים אפשרית של בעלי חיים עדיין חיים על כדור הארץ
פיזיקאים קיררו אטומים לטמפרטורה הנמוכה ביותר בעולם