Kõige Täpsemate Kellade 5 Kunagi Tehtud

{h1}

Siin on mõned kõige täpsemad kellad, mis on kunagi üles ehitatud, alates sellest, mis põhineb jahutatud tseesiumi aatomitel kuni optilise võre aatomi kellini, mis kaotab sekundi ainult iga 4,4 miljardit aastat.

Enamik timepieces, mida inimesed kasutavad, et öelda aega, on täpsed iga kuu 10 või 15 sekundi jooksul. Fancy mehaanilised kellad (nagu Rolex) lülitatakse välja rohkem - iga päev teine ​​või kaks. Teadlastele on vaja midagi palju täpsemat ja täpsemat, sest nähtused, mida nad mõõdavad, ulatuvad sageli ainult miljardiks sekundiks.

See on koht, kus tuuakse aatomkell. Esimene täpne versioon on ehitatud 1955. aastal. Aatomikellad hoiavad aega, mõõtesid aatomite võnkumisi, kui nad muudavad energia seisundit. Igal elemendil on iseloomulik sagedus või sageduste kogum ning kuna aatom "lööb" miljardeid kordi sekundis, on sellised kellad väga täpsed. Riiklikus standardite ja tehnoloogiainstituudis on "ametlik" teine ​​9 192 631 770 tsüseemi aatomi tsüklit. (Kell kvartsil on umbes 32 000 korda sekundis, umbes 290 000 korda aeglasem kui tseesium-aatomid.)

Teadlased räägivad aatomikellidest stabiilsuse ja täpsuse mõttes. Aatomkellade puhul on täpsus, kui hästi mõõdab aatomite vibratsioone. Võrreldes kahte kellat, saavad teadlased mõõta ebakindlust selle sageduse lugemisel - täpselt, milline on kell. Stabiilsus on see, kui palju kella puugid teatud aja jooksul varieeruvad. Keskmiselt on suur hulk puuke, ütleme, 100 000 neist, ja sa saad numbrit, mida saab mõõta vastavalt kella tegeliku ajaga. Teadlased viitavad tavaliselt täpsusele, kui nad ütlevad, et kell on nii täpne, et see saab või kaotab teise miljoni miljoneid aastaid. Täpsustades räägivad teadlased tavaliselt seda, kui hästi kella vastab standardsele viitele, nii et kõige täpsem kell on alati see, mida nad standardsetele sekunditele seadistavad. [Keeleaeg: miks 60 sekundit?]

NISTi aja- ja sagedusjaotuse juhataja Tom O'Brian märkis mitut tüüpi aatomkellasid: standardseadme määramiseks kasutatav standard põhineb tseesiumi aatomitel, kuid muud liigid kasutavad strontsiumi, alumiiniumi või elavhõbedat. Mõned kasutavad vesinikku. Veelgi paremaks täpsuseks on uusimad aatomkellad super-jahedad nende aatomid, et kõrvaldada kõik ümbritseva kuumuse häired.

O'Brian ütles, et suurim aatomikellade ostja, telekommunikatsioonitööstus, laiendab neid fiiberoptiliste lülitite ja mobiiltelefonide tornide sünkroniseerimiseks. Aatomkellasid kasutatakse GPS-süsteemis, et täpselt mõõta signaalide ajastamist ja teatada oma positsioonist satelliitide suhtes.

Siin on mõned kõige täpsemad kellad, mis on kunagi üles ehitatud, kuid O'Brian märkis, et tehnoloogia paraneb pidevalt ja teadlased üritavad täpsemalt mõõta aega.

1. NIST F2

NIST füüsikud Steve Jefferts (esiplaan) ja Tom Heavner koos NIST-F2 tseesiumfountain aatomi kella.

NIST füüsikud Steve Jefferts (esiplaan) ja Tom Heavner koos NIST-F2 tseesiumfountain aatomi kella.

Krediit: NIST

2014. aastal esmakordselt tuuakse välja see kella koos selle eelkäijaga NIST F1, mis aitab määrata standardteadet, mida kogu maailma teadlased kasutavad. NIST F2 sünkroniseerib ka telekommunikatsiooni ja isegi kaupleb finantsturgudel ametlikuks kellaajaks. Aatomite jahtumiseks (neist ligikaudu 10 miljonit) kasutatakse kellaajal kuut laserit, teine ​​laserpaar seab aatomid ettevaatlikult mikrolainekiirgusega täidetud kambri sisse ülespoole. Kiirguse sagedus, mis muudab enamuste aatomite olekuid, on see, mida NIST kasutab sekundite määramiseks. Selle täpsus tuleneb osaliselt sellest, et see töötab külma, minus 316 kraadi Fahrenheiti (minus 193 kraadi Celsiuse järgi); külmtingimused aitavad kaitsta tseesiumi aatomeid hõre kuumuse eest, mis võib muuta aatomi võnkumiste mõõtmist. See kella saab või kaotab sekundi umbes üks kord iga 300 miljoni aasta järel. [Top 10 leiutisi, mis muutsid maailma]

2. Tokyo Ülikool / RIKEN

Laserkiirte interferentsi tekitab a

Laserkiirte interferentsi tekitab optilise võre "muna kasti", kusjuures iga tass hoiab ära ühe aatomi.

Krediit: RIKEN

Hidetoshi Katori juhitud meeskonna poolt loodud see on optiline võre aatomkell. See kasutab strontsiumi aatomeid, mis on püüniste vahele jäänud laserkiirte vahel ja jahutatakse miinuseks 292 F (minus 180° C). Optilised võre kellad mõõdavad püütud aatomite komplektide võnkeid, ja seega saab välja arvutada kõik vead. Ajakirja Nature Photonics 9. veebruaril avaldatud ebakindlus on 7,2 x 10 ^ -18, mis on ligikaudu teine ​​iga 4,4 miljardi aasta järel; teadlased ütlesid, et nad suudavad käitada kahte sama tüüpi kellat, et saada see alla 2,0 x 10 ^ -18, või umbes 16 sekundiks iga 16 miljardi aasta tagant.

3. NIST / JILA strontsiumikell

JILA eksperimentaalne aatomkell põhineb laserkiirguse võras leiduvatel strontsiumi aatomitel.

JILA eksperimentaalne aatomkell põhineb laserkiirguse võras leiduvatel strontsiumi aatomitel.

Krediit: Te rühma ja Baxley / JILA

Colorado Ülikooli ühisinstituut NIST ja JILA, Boulder, ehitasid strontsiumi võre kella, mis jõudis iga 5 miljardi aastaga täpsusega 1 sekund. Füüsiku Jun Ye juhitud meeskond avaldas oma töö 2014. aastal ja kontrollis tulemusi kahekordselt, käivitades oma kell teisega sarnaselt. O'Brian ütles, et NIST plaanib veel ühe kella eksperimendi, et veelgi edasi suruda, et ületada Jaapani Katori meeskonna poolt loodud kella stabiilsus. Kell töötab, kui strontsiumi aatomeid püütakse laseritega pankakujulises ruumis. Teatud sagedusega häälestatud punane laserkiire muudab aatomite energia tasemete vahel hüpata ja need hüppavad "puugid" - umbes 430 triljonit sekundis.

4. Alumiiniumi kvantumoodul

NISTi nimega James Chin-wen Chou seisab kvartsiloogiline kella, mis põhineb metallist silindrisse jäänud ühe alumiiniumi iooni vibratsioonil.

NISTi nimega James Chin-wen Chou seisab kvartsiloogiline kella, mis põhineb metallist silindrisse jäänud ühe alumiiniumi iooni vibratsioonil.

Krediit: J. Burrus / NIST

NIST ei kasuta vaid strontsiumi ja tseesiumi aatomeid. 2010. aastal ehitati NIST aatomkell, mis kasutas alumiiniumi aatomit, täpsusega 3,7 miljardit aastat. See kasutab üht ainulaadset alumiiniumi, mis on lõimunud magnetilistes väljades ühe berülliumi aatomiga. Laserid jahutavad kaks aatomit peaaegu absoluutseks nulliks. Teine laser on häälestatud sageduseni, mis muudab alumiiniumi muutusi. Kuid alumiiniumi olekuid on raske täpselt mõõta, nii et alumiinium on ühendatud berülliumi aatomiga. See on sarnane protsess, mida kasutatakse kvantarvutite seadistustes.

5. Shortt-Synchronone mehaaniline kell

Lühiajalise sünkrooniga vaba pendelkell NISTi muuseumis, Gaithersburg, Maryland.

Lühiajalise sünkrooniga vaba pendelkell NISTi muuseumis, Gaithersburg, Maryland.

Krediit: NIST / Avalik domeen

Atomikellad saavad kogu hiilguse, kuid O'Brian ütles, et enne, kui nad tuli teadlastega, tuleb ikkagi kasutada mehaanilisi kellasid - ja mõned olid üsna täpsed. 1921. aastal leiutatud Shortt kell oli vaatluskeskustes standardne teaduslik vahend, kuni aatomi kellad asendasid selle. Kell oli tegelikult kahesüsteemne süsteem, mis koosnes ühest pendlist vaakumis, mis oli ühendatud elektrijuhtmetega. Sekundaarne kella saadab elektrilise impulsi iga 30 sekundi tagant primaarsele, et tagada, et need kaks jäävad sünkroniseerituks ja vaakumis olev pendel valmistatakse niklist ja rauast sulamilt, et vähendada mis tahes termilist paisumist, mis muudaks pikkust pendel ja seega tema kiik. Kell on nii täpne, et pendleid saab mõõta gravitatsiooniefektidelt päikeselt ja kuust, ja see instrument näitas, et Maa pöörlemine ei olnud tegelikult ühtne. USA 1980. aasta merelaevade vaatluskeskuse katsed näitasid, et kella täpsus on umbes 12 sekundi jooksul 1 sekund.


Video Täiendada: .




ET.WordsSideKick.com
Kõik Õigused Reserveeritud!
Mistahes Materjalide Reprodutseerimine Lubatud Ainult Prostanovkoy Aktiivne Link Saidile ET.WordsSideKick.com

© 2005–2019 ET.WordsSideKick.com