Атамны гадзіннік

Атамны гадзіннік (малекулярны, квантавы гадзіннік) — прыбор для вымярэння часу, у якім у якасці перыядычнага працэсу выкарыстоўваюцца ўласныя ваганні, звязаныя з працэсамі, якія адбываюцца на ўзроўні атамаў ці малекул.

Атамныя гадзіннікі важныя ў навігацыі. Вызначэнне становішча касмічных караблёў, спадарожнікаў, балістычных ракет, самалётаў, падводных лодак, а таксама перамяшчэнне аўтамабіляў у аўтаматычным рэжыме па спадарожнікавай сувязі (GPS, ГЛАНАСС, Galileo) нельга ўявіць без атамных гадзіннікаў. Атамныя гадзіннікі выкарыстоўваюцца таксама ў сістэмах спадарожнікавай і наземнай тэлекамунікацыі, у тым ліку ў базавых станцыях мабільнай сувязі, міжнароднымі і нацыянальнымі бюро стандартаў і службамі дакладнага часу, якія перыядычна передаюць сігналы часу па радыё.

З 1967 года міжнародная сістэма адзінак СІ вызначае адну секунду як  электрамагнітнага выпраменьвання, якое ўзнікае пры пераходзе паміж двума звыштонкімі ўзроўнямі асноўнага стану атама цэзію-133. Згодна з гэтым азначэннем,  з'яўляецца стандартам для вымярэнняў часу і частаты. Дакладнасць вызначэння секунды вызначае дакладнасць вызначэння іншых асноўных адзінак, такіх як, напрыклад, вольт або метр, якія маюць секунду ў сваім азначэнні.

Стабільнасць атамных гадзіннікаў  (дзе  — адхіленне частаты  гадзінніка за некаторы  перыяд часу) звычайна ляжыць у граніцах 10−14 — 10−15 , а ў спецыяльных канструкцыях дасягае 10−17 , і з'яўляецца найлепшай сярод усіх існуючых тыпаў гадзіннікаў .

 Устройства гадзінніка 
Атамны гадзіннік складаецца з некалькіх частак:
 квантавы дыскрымінатар,
 кварцавы генератар,
 комплекс электронікі.

Кварцавы генератар уяўляе сабой аўтагенератар, у якасці рэзананснага элемента якога выкарыстоўваюцца п'езаэлектрычныя моды кварцавага крышталя. Згенераваныя ім электрамагнітныя ваганні маюць фіксаваную частату, роўную, як правілаПрыведзеныя частоты характэрныя іменна для прэцызійных кварцавых рэзанатараў, з самай высокай дабротнасцю і стабільнасцю частаты, дасягальнай пры выкарыстанні п'езаэфекту. Наогул жа, кварцавыя генератары выкарыстоўваюцца на частотах ад адзінак кГц да некалькіх соцень МГц.
()}}, 10 МГц, 5 МГц або 2,5 МГц, з магчымасцю перастройкі ў невялікіх граніцах (± 10−6, напрыклад, змяненнем тэмпературы крышталя). Звычайна даўгачасная стабільнасць кварцавага рэзанатара малая і складае каля . З мэтай павышэння яго стабільнасці выкарыстоўваюць ваганні атамаў або малекул, для чаго ваганні кварцавага генератара з частатой  пастаянна параўноўваюцца c дапамогай частотна-фазавага кампаратара з частатой атамнай лініі , якая рэгіструецца ў квантавым дыскрымінатары. Пры з'яўленні розніцы ў фазе і частаце ваганняў, схема зваротнай сувязі падстройвае частату кварцавага генератара да патрэбнага значэння, павышаючы тым самым стабільнасць і дакладнасць гадзінніка да ўзроўню .

У СССР ідэолагам стварэння атамных гадзіннікаў быў акадэмік Мікалай Генадзевіч Басаў.

 Нацыянальныя цэнтры стандартаў частаты 
Многія краіны стварылі нацыянальныя цэнтры стандартаў часу і частатыNational metrology laboratories . NIST, 3 лютага 2011 г. :
 Усерасійскі навукова-даследчы інстытут фізіка-тэхнічных і радыётэхнічных вымярэнняў (ВНИИФТРИ), п. Мендзялеева, Маскоўская вобласць;
  (NIST), Боўлдэр (ЗША, штат Каларада);
  (AIST), Токіа (Японія);
  (PTB), Браўншвайг (Германія);
  (LNE), Парыж (Францыя).
  (NPL), Лондан, Вялікабрытанія.

Навукоўцы розных краін працуюць над удасканаленнем атамных гадзіннікаў і заснаваных на іх дзяржаўных першасных эталонаў часу і частаты, дакладнасць такіх гадзіннікаў няўхільна павышаецца. У Расіі шырокія даследаванні, накіраваныя на паляпшэнне характарыстык атамных гадзін, праводзяцца ў .

 Тыпы атамных гадзіннікаў 

Не кожны атам (малекула) падыходзіць у якасці асновы для атамнага гадзінніка. Выбіраюць атамы, неадчувальныя да розных знешніх уздзеянняў: магнітных, электрычных і электрамагнітных палёў. Для кожнага дыяпазону электрамагнітнага спектра выпраменьвання такія атамы існуюць. Гэта: атамы кальцыю, рубідыю, цэзію, стронцыю, малекулы вадароду, ёду, метану, аксід осмію (VIII) і г. д. У якасці асноўнага (першаснага) стандарту частаты абраны звыштонкі пераход у стабільным атаме цэзію. Характарыстыкі ўсіх астатніх (другасных) стандартаў параўноўваюцца з гэтым стандартам. Каб ажыццявіць такое параўнанне, у цяперашні час выкарыстоўваюцца так званыя  — выпраменьванне з шырокім частотным спектрам ў выглядзе эквідыстантных ліній, адлегласць паміж якімі прывязваецца да атамным стандарту частаты. Аптычныя грэбні атрымліваюць з дапамогай фемтасекунднага лазера з сінхранізацыяй мод і мікраструктураванага оптавалакна, у якім адбываецца пашырэнне спектра да адной актавы.

У 2006 годзе даследчыкі з амерыканскага Нацыянальнага інстытута стандартаў і тэхналогій пад кіраўніцтвам Джыма Бергквіста () распрацавалі гадзіннік, які працуе на адным атаме ртуці. Пры пераходах паміж энергетычнымі ўзроўнямі іона ртуці генеруюцца фатоны бачнага дыяпазону са стабільнасцю ў 5 разоў вышэйшаю, чым у мікрахвалевага выпраменьвання цэзію-133. Новы гадзіннік могуць таксама знайсці прымяненне ў даследаваннях залежнасці змены фундаментальных фізічных пастаянных ад часу.

Вядуцца актыўныя распрацоўкі кампактных атамных гадзіннікаў для выкарыстання ў паўсядзённым жыцці (наручныя гадзіннікі, мабільныя прылады).
У пачатку 2011 амерыканская кампанія Symmetricom абвясціла аб камерцыйным выпуску цэзіевых атамных гадзіннікаў памерам з невялікую мікрасхему. Гадзіннік працуе на аснове эфекту кагерэнтнага паланення населенасці. Іх стабільнасць —  за гадзіну, маса — 35 г, спажываная магутнасць — 115мВт— SA.45s — Chip Scale Atomic Clock — Symmetricom.

 Зноскі 

 Спасылкі 






 Нина Бирючкова. Сверхточные атомные часы . gridder.ru (14 апреля 2014).

Катэгорыя:Гадзіннікі