Jak zegar atomowy mierzy czas
Konstrukcja zegarów atomowych zawiera kryształ kwarcu: kurczy się i
Aby zrozumieć, jak to działa, musisz pamiętaćstruktura atomu. W centrum znajduje się jądro naładowane dodatnio: wokół niego znajdują się ujemnie naładowane elektrony, każdy na swojej własnej orbicie. Co więcej, każdy z nich znajduje się na określonym poziomie energetycznym, to znaczy ma określoną ilość energii w wyniku przyciągania do jądra.
Ten poziom można zmienić wysyłającelektron ma więcej energii, w tym celu możesz na przykład ogrzać atom. Wtedy elektron ponownie powróci do swojego poziomu i odda nadmiar w postaci promieniowania. Wszystko opiera się na tym promieniowaniu: ma określoną częstotliwość i przypomina wahadło w zegarze.
Dziś zegary atomowe mogą pracować na atomach rubidu, strontu, wodoru: zasada się od tego nie zmienia.
Konstrukcja zegarów atomowych jest stale ulepszana, na przykład wynaleziono mechanizm, który opóźnia się o jedną sekundę na kilkaset miliardów lat.
Bez zegara atomowego nie będzie nawigacji na Ziemi i w kosmosie
Zegar atomowy jest potrzebny przede wszystkim do nawigacji:GLONASS i GPS, ponieważ systemy te określają odległość w czasie, jaką sygnał musi pokonać z punktu na Ziemi do satelity iz powrotem. Zegarek służy do pomiaru odległości między obiektami w oparciu o czas potrzebny na przebycie sygnału z punktu A do punktu B.
Obecnie w nawigacji wykorzystuje się znajdujące się na Ziemi zegary atomowe wielkości lodówki do określania lokalizacji statku kosmicznego.
Dotarcie sygnału do statku kosmicznego i powrót na Ziemię może zająć ponad godzinę.
Na podstawie tych danych obliczane są współrzędne i instrukcje, które następnie są wysyłane z powrotem do statku kosmicznego.
Jeśli statek kosmiczny ma na pokładzie własny zegar, będzie mógł obliczyć własną trajektorię. Pozwoli ci to podróżować dalej i bezpiecznie przewozić ludzi na inne planety.
Znajdź odległość między planetami za pomocą zegarów atomowych
Ale głównym klientem zegarów atomowych są astronomowie. Używają zegarów atomowych do pomiaru ogromnych odległości w przestrzeni kosmicznej i określenia, jak daleko jesteśmy od konkretnej planety lub asteroidy.
W tym celu wysyłają sygnał i ustalają czas jego powrotu. Jeśli błąd jest nawet przez sekundę, możesz stracić około trzysta tysięcy kilometrów dokładności.
Jak zegar atomowy może pomóc Ci znaleźć ciemną materię
Ciemna materia może mieć wpływ na naszezwykłą sprawą i to musi mieć konsekwencje. Jedną z nich może być zmiana stałej struktury drobnej, jednej z podstawowych stałych fizycznych.
Stała struktury drobnej to stosunek prędkości obrotu elektronu na pierwszym orbicie do prędkości światła i wynosi w przybliżeniu 0,007.
Naukowcy wcześniej uważali, że stała ta ma zawsze tę samą wartość, ale jak wykazały ostatnie odkrycia, może się nieznacznie różnić.
Według jednej z teorii ciemna materia to defekty topologiczne w przestrzeni, które powstały podczas Wielkiego Wybuchu. Mogą wpływać na stałą.
Naukowcy wykorzystali kilka zegarów atomowych, tzwSposób, w jaki defekty topologii powinny działać na odległe obiekty w przestrzeni, musi działać inaczej na różnych zegarach oddzielonych w przestrzeni.
Aby poprawić dokładność, autorzypołączono zegary w celu poprawy dokładności w sieć czterech urządzeń, każde zlokalizowane w jednym z krajów: Polsce, USA, Japonii i Francji. Dane ze wszystkich urządzeń są łączone w celu analizy efektów topologicznych.
Ultraprecyzyjny zegar atomowy będzie w stanie mierzyć zniekształcenia czasoprzestrzeni
Naukowcy są przekonani, że wystarczająco dokładny zegar atomowy może służyć jako narzędzie do pomiaru, w jaki sposób obiekty pod wpływem grawitacji zniekształcają otaczającą przestrzeń.
Fizycy z Narodowego Instytutu Standardów i Technologii w Boulder wykorzystali lasery i stworzyli prowizoryczną pułapkę na atomy: wyglądała jak kilka bardzo małych kubków.
Tysiące atomów iterbu wypełniają te kubki po wystawieniu na działanie wiązki laserowej o odpowiedniej częstotliwości, a elektrony na orbicie poruszają się o jeden poziom energii.
W takim układzie elektrony zrobią więcejbiliard przejść. Gdy tylko laser zostanie dostrojony do „idealnej” częstotliwości, zaczyna się tłumaczenie informacji z częstotliwości promieniowania laserowego na sygnał, który może zostać odebrany i odszyfrowany przez urządzenie elektroniczne, czyli sam zegar.
Naukowcom udało się dostroić laser, dzięki czemu uzyskane dane pomogą określić wpływ grawitacji na samą czasoprzestrzeń.
Zegary atomowe są ważnym narzędziem pomiarowymtak ulotną wielkością jak czas. Bez niego nie będzie możliwe śledzenie najmniejszych zmian czasu ziemskiego ani mierzenie odległości do sąsiednich planet i galaktyk.
A w przyszłości zegary atomowe staną się niezbędne do kolonizacji planet i badania ciemnej materii.
Ale jest mało prawdopodobne, aby kiedykolwiek stały się gadżetem domowym.
Czytaj więcej:
Ziemia zaczęła wirować szybciej: dlaczego tak się dzieje i czy istnieje niebezpieczeństwo
Potomkowie ocalałych z możliwego upadku zwierząt na asteroidę wciąż żyją na Ziemi
Fizycy schłodzili atomy do najniższej temperatury na świecie