Атомные часы

 -

Возможно, прежде вам уже приходилось видеть так называемые «наручные атомные часы» — однако в них есть подвох: они отслеживают атомное время, получая радиосигналы от близрасположенных лабораторных атомных часов, принадлежащих государству. Если вы окажетесь за пределами радиуса этих сигналов, вам придётся полагаться на обычные кварцевые механизмы.

Внутри же новых часов «Cesium 133» скрываются настоящие атомные часы на базе цезиевого осциллятора, которые делят каждую секунду ровно на 9,192,631,770 колебаний атома цезия.

Устройство этих часов невозможно было даже представить всего десять лет назад: внутри них скрывается лазер, нагреватель, герметичная капсула с цезиевым газом, микроволновой фильтр и фотодиодный детектор. Благодаря этой начинке, упакованной в один малогабаритный корпус, часы дают беспрецедентный уровень точности – порядка одной секунды в тысячу лет. Это на три порядка точнее любых существующих на сегодняшний день часовых технологий.

Давайте узнаем о них подробнее…-

Первые в мире наручные атомные часы, которые были сконструированы Джоном Паттерсоном (John Patterson) и его фирмой Bathys Hawaii, оказались участниками среди множества стартапов на сайте Kickstarter. Несмотря на то, что прототип часов был представлен ещё полгода назад, нынешний их вариант получил более привлекательную вариацию исполнения. Хотя стоит заметить, что эстетический аспект у данного гаджета достаточно слабый или, правильнее сказать, выполнен уж очень «на любителя». Особенно если сравнивать его не только с классическими наручными часами ведущих мировых производителей, но и провести параллель с коллегой по цеху — карманными атомными часами Hoptroff No. 10.

часы Bathys Hawaii — это всё же уникальный в своём роде наручный гаджет для измерения времени, создание которого было даже трудно представить ещё 10 лет назад, хотя первые стационарные атомные часы появились в 1955 году. Основной конёк изобретения — его точность соответствует стандарту выбранной технологии изготовления часов, а сам производитель обещает погрешность всего в 1 с за каждые 1000 лет работы. Поэтому назвать именно часы причиной опоздания на службу у их владельца попросту не выйдет.

 -

 -

Главный принцип работы, как и в случае с другими подобными атомными устройствами, остался неизменным: по-прежнему в часах имеется герметичная камера, заполненная газообразным изотопом цезий-133, который не представляет радиоактивной угрозы для человеческого организма. При возбуждении лазерами атомов цезия встроенный в конструкцию резонатор измеряет атомные переходы. В классической физике секунда в системе СИ напрямую взаимосвязана с числом периодов электромагнитного излучения при переходе атомов изотопа цезия-133 на новый энергетический уровень.

Циферблат наручного устройства отображает следующие временные промежутки: секунды, минуты, часы и дату. Дополнительно имеется также индикатор фаз луны. В тандеме с модулем-генератором эталонного времени CSAC модели SA.45s выступает кварцевый механизм Ronda 509, который, хоть и не часто, но можно встретить к классических наручных часах. Это необходимо для того, чтобы преобразовывать вычислительную точность CSAC в привычное позиционирование стрелок на аналоговом циферблате.

 -

 -

Обновлённая модель часов теперь получила литий-ионный аккумулятор, который способен сохранять заряд при работе в течение 36 часов, а корпус устройства с размерами 60×50×23 мм будет выполнен из углеродного волокна. Предыдущая версия была выполнена из металла, который вряд ли может сравниться по долговечности с новым материалом. На данном этапе стоит внести читателям некоторую ясность в техническом аспекте обсуждаемых часов. То, что они способы показывать точное значение времени 1000 лет — вовсе не означает беспрерывность их работы весь этот период. Время автономной работы строго лимитировано зарядом батареи, которая потеряет свой заряд менее чем через двое суток.

Что касается стоимости, то наручные часы производства Bathys Hawaii стоят на данном этапе в 13 раз дешевле, чем Hoptroff No. 10, однако карманное устройство выполнено в корпусе из золота. Ценник в $6 тыс. актуален при условии, что вы станете владельцем одного из 6 прототипов, выставленных на Kickstarter. В дальнейшем стоимость часов составит уже $10 тыс., а произведённая серия будет строго лимитирована. Первоначальная же стоимость во время презентации в прошлом году была обозначена в $12 тыс. Джон Паттерсон рассчитывает собрать для выпуска первой партии не менее $42 тыс., но пока что эта сумма достигла отметки лишь $15 тыс.

Достаточно неброский вид устройства можно рассматривать как позиционирование часов в стиле стимпанк или даже милитари, о чем свидетельствуют не только строгие, грубые формы гаджета и массивный корпус, но и представленный на фото комплектный ремень.

 -

 -

А вот еще буквально неделю назад национальный институт стандартов и технологий (NIST) министерства торговли США 3 апреля 2014 года ввел в строй новые атомные часы NIST-F2, которые накапливают ошибку в одну секунду в течение 300 миллионов лет. Согласно сообщению NIST, новые часы заменили устаревшие атомные NIST-F1 и будут использоваться в качестве стандарта гражданского времени в США. Ранее данные о NIST-F2 были направлены в Международное бюро мер и весов в Париже, которое признало их самыми точными работающими атомными часами в мире.

Новые американские атомные часы, как и устаревшие NIST-F1, отсчитывают время благодаря квантовым переходам между разными состояниями изолированных групп атомов цезия. Отличительной чертой NIST-F2 является то, что они работают при отрицательной температуре 193 градуса Цельсия, в то время как версия F1 функционирует при температуре плюс 27 градусов Цельсия. Для последних время накопление ошибки в одну секунду составляет сто миллионов лет.

По данным NIST, холодная среда, в которой работают новые атомные часы, существенно снижает воздействие фоновой радиации и позволяет устранить некоторые погрешности в измерениях. Предыдущая версия атомных часов NIST-F1 функционировала и задавала стандарт гражданского времени в США с 1999 года. Стандарт американского военного времени определяется другой организацией ─ Военно-морской обсерваторией США.

В конце августа 2013 года Национальный институт стандартов и технологий США объявил, что его сотрудники разработали часы на основе атомов иттербия, которые по точности в десять раз превосходят все существующие аналоги. Эти часы состоят из десяти тысяч отдельных атомов иттербия, зафиксированных в лазерной оптической ловушке. Температура атомов не превышает одной сотой доли градуса от абсолютного нуля.

Запуск этих часов осуществляется при помощи специального лазера, который провоцирует переход атомов из одного квантового состояния в другое. Согласно данным измерений, атомные часы на основе иттербия накапливают погрешность в одну секунду за один миллиард лет.

 -

 -