原子時計が時間を測定する方法
原子時計の設計には、水晶振動子があります。
中心には、正に帯電した原子核があり、その周りには負に帯電した電子があり、それぞれが独自の軌道にあります。同時に、それらのそれぞれは特定のエネルギーレベルにあります、つまり、それは持っています原子核への引力による一定量のエネルギー。
このレベルは、送信することで変更できます電子へのより多くのエネルギー、これのために、例えば、あなたは原子を加熱することができます。その後、電子は再びそのレベルに戻り、放射線の形で過剰をあきらめます。すべてがこの放射に基づいて構築されています。特定の周波数があり、時計の振り子に似ています。
今日、原子時計はルビジウム、ストロンチウム、水素の原子で動作することができます：原理はこれから変わりません。
原子時計のデザインは絶えず改良されており、例えば、数千億年ごとに1秒遅れるメカニズムが発明されました。
原子時計がなければ、地球や宇宙でのナビゲーションはありません
原子時計は主にナビゲーションに必要です。GLONASSとGPS。これらのシステムは、信号が地球上のある地点から衛星に移動して戻ってくるまでの時間の距離を決定するためです。時計は、信号がポイントAからポイントBに移動するのにかかる時間に基づいて、オブジェクト間の距離を測定するために使用されます。
現在、地球上の冷蔵庫ほどの大きさの原子時計は、探査機の位置を正確に特定するためのナビゲーションに使用されています。
信号が探査機に届き、地球に帰還するまでに1時間以上かかることもあります。
このデータに基づいて座標と指示が計算され、宇宙船に送り返されます。
宇宙船に独自の時計が搭載されている場合は、独自の軌道を計算できます。これにより、さらに遠くまで移動し、人々を他の惑星に安全に輸送することができます。
原子時計の助けを借りて惑星間の距離を調べる
しかし、原子時計の主な顧客は天文学者であり、彼らは原子時計を使って宇宙の広大な距離を測定し、私たちをどれだけ隔てているかを判断します特定の惑星または小惑星から。
これを行うために、彼らは信号を送信し、その戻りの時間を記録します。エラーが1秒でもある場合は、約30万キロメートルの精度が失われる可能性があります。
原子時計が暗黒物質を見つけるのにどのように役立つか
暗黒物質は私たちの日常的な物質に影響を与える可能性があり、それには結果があるはずです。その一つは、物理学の基本定数の1つである微細構造定数の変化です。
微細構造定数は、光速に対する第1軌道の電子の回転速度の比で、約0.007に等しい。
科学者たちは以前、この定数は常に同じ量に等しいと信じていましたが、最近の発見が示すように、それは可能です少し変えます。
一説によると、暗黒物質はビッグバンの際に生じた宇宙空間のトポロジカルな欠陥です。それらは永続的に影響を与える可能性があります。
科学者たちが複数の原子時計を使ったのは、トポロジーの欠陥が宇宙空間の遠くの天体に対して異なる振る舞いをするはずだからです。
精度を向上させるため、著者らは、精度を向上させるクロックを、ポーランド、米国、日本、フランスのいずれかの国にある4つのデバイスのネットワークに組み合わせた。すべてのデバイスからのデータをまとめて、トポロジカル効果を分析します。
超精密原子時計は時空の歪みを測定できるようになります
科学者たちは、十分に正確な原子時計が、重力によって物体が周囲の空間をどのように歪めるかを測定するためのツールとして役立つと確信しています。
ボルダーにある米国国立標準技術研究所(NIST)の物理学者たちは、レーザーを使って原子用のその場しのぎのトラップを作りました。
正しい周波数のレーザービームにさらされると、何千ものイッテルビウム原子がこれらのカップを満たし、軌道上の電子が1つのエネルギーレベルを移動します。
そのようなシステムでは、電子はより多くのことをします数千億の遷移。レーザーが「理想的な」周波数に調整されるとすぐに、レーザー放射の周波数から電子デバイス、つまり時計で受信およびデコードできる信号への情報の変換が開始されます。
科学者たちはレーザーを調整することができたので、得られたデータは時空自体に対する重力の影響を決定するのに役立ちます。
原子時計は、刹那的な時間を測る重要な道具です。これがなければ、地球時間のわずかな変化を追跡したり、近隣の惑星までの距離を測定したりすることはできませんそして銀河。
そして将来的には、惑星の植民地化や暗黒物質の研究には原子時計が欠かせないものになるでしょう。
しかし、それらが家庭用ガジェットになる可能性はほとんどありません。
続きを読む：
地球はより速く回転し始めました：なぜこれが起こっているのか、そして危険があります
動物の小惑星落下の可能性の生存者の子孫はまだ地球に住んでいます
物理学者は原子を世界で最も低い温度に冷却しました