Kaip atominis laikrodis matuoja laiką
Atominių laikrodžių konstrukcijoje yra kvarco kristalas: jis susitraukia ir
Norėdami suprasti, kaip tai veikia, turite atsimintiatomo struktūra. Centre yra teigiamai įkrautas branduolys: aplink yra neigiamo krūvio elektronai, kiekvienas savo orbitoje. Be to, kiekvienas iš jų yra tam tikrame energijos lygyje, tai yra, turi tam tikrą energijos kiekį dėl pritraukimo prie branduolio.
Šį lygį galima pakeisti siunčiantelektronas turi daugiau energijos, tam galite, pavyzdžiui, šildyti atomą. Tada elektronas vėl grįš į savo lygį ir atsisakys pertekliaus spinduliuotės pavidalu. Viskas yra pastatyta ant šios spinduliuotės: ji turi tam tikrą dažnį ir primena švytuoklę laikrodyje.
Šiandien atominiai laikrodžiai gali dirbti su rubidžio, stroncio, vandenilio atomais: principas nesikeičia.
Atominių laikrodžių dizainas nuolat tobulinamas, pavyzdžiui, buvo išrastas mechanizmas, kuris atsilieka viena sekunde kas kelis šimtus milijardų metų.
Be atominio laikrodžio nebus navigacijos Žemėje ir erdvėje
Atominis laikrodis pirmiausia reikalingas navigacijai:GLONASS ir GPS, nes šios sistemos nustato laiko atstumą, per kurį signalas nukeliauja nuo taško Žemėje iki palydovo ir atgal. Laikrodis naudojamas atstumui tarp objektų matuoti pagal tai, kiek laiko užtrunka, kol signalas nukeliauja iš taško A į tašką B.
Šiuo metu navigacija naudoja šaldytuvo dydžio atominius laikrodžius Žemėje, kad tiksliai nustatytų erdvėlaivio vietą.
Gali praeiti daugiau nei valanda, kol signalas pasieks erdvėlaivį ir grįš į Žemę.
Iš šių duomenų apskaičiuojamos koordinatės ir instrukcijos: jos siunčiamos atgal į erdvėlaivį.
Jei erdvėlaivis turi savo laikrodį, jis galės apskaičiuoti savo trajektoriją. Tai leis jums keliauti toliau ir saugiai pervežti žmones į kitas planetas.
Sužinokite atstumą tarp planetų naudodami atominius laikrodžius
Tačiau pagrindinis atominių laikrodžių klientas yra astronomai. Jie naudoja atominius laikrodžius didžiuliams atstumams erdvėje matuoti ir nustatyti, kiek toli esame nuo konkrečios planetos ar asteroido.
Norėdami tai padaryti, jie siunčia signalą ir nustato jo grąžinimo laiką. Jei klaida yra net sekundė, tuomet galite prarasti apie tris šimtus tūkstančių kilometrų tikslumą.
Kaip atominis laikrodis gali padėti surasti tamsiąją medžiagą
Tamsioji medžiaga gali paveikti mūsųįprastas dalykas ir tai turi turėti pasekmių. Vienas iš jų gali būti smulkiosios struktūros konstantos, vienos iš pagrindinių fizinių konstantų, pasikeitimas.
Smulkiosios struktūros konstanta yra elektrono sukimosi pirmojoje orbitoje greičio ir šviesos greičio santykis, kuris yra maždaug 0,007.
Mokslininkai anksčiau manė, kad ši konstanta visada lygi tai pačiai vertei, tačiau, kaip parodė naujausi atradimai, ji gali šiek tiek skirtis.
Remiantis viena teorija, tamsioji medžiaga yra topologiniai erdvės defektai, atsiradę Didžiojo sprogimo metu. Jie gali paveikti konstantą.
Mokslininkai panaudojo kelis atominius laikrodžius, todėlKaip topologijos defektai turėtų veikti nutolusius erdvės objektus, turi skirtingai veikti skirtingus erdvėje atskirtus laikrodžius.
Siekdami pagerinti tikslumą, autoriaisujungė laikrodžius, kad pagerintų tikslumą, į keturių įrenginių tinklą, kurių kiekvienas yra vienoje iš šalių: Lenkijoje, JAV, Japonijoje ir Prancūzijoje. Visų įrenginių duomenys sujungiami, kad būtų galima analizuoti topologinius efektus.
Itin tikslus atominis laikrodis galės išmatuoti erdvės ir laiko iškraipymus
Mokslininkai įsitikinę, kad pakankamai tikslus atominis laikrodis gali būti naudojamas kaip priemonė išmatuoti, kaip objektai dėl gravitacijos iškreipia aplinkinę erdvę.
Fizikai iš Nacionalinio standartų ir technologijų instituto Boulderyje naudojo lazerius ir sukūrė laikinus spąstus atomams: jis atrodė kaip keli labai maži puodeliai.
Tūkstančiai itterbio atomų užpildo šiuos puodelius, kai jie yra veikiami tinkamo dažnio lazerio spindulio, o orbitoje esantys elektronai perkelia vieną energijos lygį.
Tokioje sistemoje elektronai padarys daugiaukvadrilijonai perėjimų. Kai tik lazeris sureguliuojamas į „idealų“ dažnį, prasideda informacijos vertimas iš lazerio spinduliuotės dažnio į signalą, kurį gali priimti ir iššifruoti elektroninis prietaisas, tai yra pats laikrodis.
Mokslininkai sugebėjo sureguliuoti lazerį taip, kad dabar gauti duomenys padės nustatyti gravitacijos poveikį pačiam erdvėlaikiui.
Atominiai laikrodžiai yra svarbi matavimo priemonėtoks efemeriškas dydis kaip laikas. Be jo nebus įmanoma sekti menkiausių Žemės laiko pokyčių ar išmatuoti atstumą iki kaimyninių planetų ir galaktikų.
Ir ateityje atominiai laikrodžiai taps būtini planetų kolonizavimui ir tamsiosios medžiagos tyrimui.
Tačiau vargu ar jie kada nors taps buitine programėle.
Skaityti daugiau:
Žemė pradėjo suktis greičiau: kodėl taip atsitinka ir ar yra pavojus
Galimo gyvūnų asteroido kritimo išgyvenusiųjų palikuonys vis dar gyvena Žemėje
Fizikai atšaldė atomus iki žemiausios temperatūros pasaulyje