Zegar atomowy

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Skocz do: nawigacja, szukaj
Cezowy zegar atomowy
Cezowy zegar atomowy, widok wnętrza
Zegar atomowy wielkości układu scalonego

Zegar atomowy – rodzaj zegara, którego działanie opiera się na zliczaniu okresów atomowego wzorca częstotliwości.

Wczesne zegary atomowe były maserami z dołączonym oprzyrządowaniem. Współcześnie najdokładniejsze zegary atomowe bazują na bardziej zaawansowanej fizyce, np. na związkach cezu. Dokładność takich zegarów dochodzi do 10-15, co oznacza 10-10 sekundy (1/10 nanosekundy) na dzień. Zegary te utrzymują ciągły i stabilny czas TAI (z fr. Temps Atomique International). W zastosowaniach cywilnych używa się innej skali czasu – UTC (z ang. Coordinated Universal Time). Czas ten jest obliczany na podstawie czasu TAI z uwzględnieniem obserwacji astronomicznych, które wymagają okresowej korekcji o tzw. sekundę przestępną (skokową).

Pierwszy zegar atomowy był maserem amoniaku. Został zbudowany w 1949, w amerykańskim National Bureau of Standards (NBS, teraz NIST). Był on mniej dokładny niż istniejące zegary kwarcowe. Pierwszy dokładny zegar atomowy bazował na podstawie danych przejść między dwoma nadsubtelnymi poziomami stanu podstawowego atomu cezu-133, zbudował go Louis Essen w 1955 w National Physical Laboratory w Anglii. To doprowadziło do przyjętej na całym świecie definicji sekundy opartej na czasie atomowym.

W sierpniu 2004, uczeni z amerykańskiego National Institute of Standards and Technology (NIST) zademonstrowali miniaturowy zegar atomowy: właściwa część zegara – komora z cezem – ma wielkość ziarna ryżu: średnicę 1,5 mm i długość 4 mm. Cały układ (komora wraz z oprzy­rządowaniem: diodą laserową, polaryzatorami, fotodiodą) zajmuje objętość około 1 cm³, a więc porównywalną z układami zegarów kwarcowych. Jego dokładność jest jednak tysiąckrotnie wyższa niż zegarów kwarcowych: wynosi jedną dziesięciomiliardową (10-10), co oznacza dopuszczalne odchylenie w postaci 1 sekundy w ciągu 300 lat. Według konstruktorów, zegar ten jest sto razy mniejszy od innych zegarów atomowych. Potrzebuje także jedynie 75 mW mocy do działania, co czyni go zdatnym do zasilania bateryjnego.

W praktycznych zastosowaniach, zegary atomowe są zbyt drogie dla indywidualnych użytkowników. Równocześnie ich dokładność rzadko bywa niezbędna w codziennym życiu. W praktyce tam, gdzie jest potrzebny dokładny czas buduje się rozwiązania bazujące na zegarze atomowym i przekazujące informacje o czasie przy pomocy fal radiowych lub (mniej dokładnie) przy pomocy sieci Internet protokołem NTP. Przykładem takich zastosowań są zegary wykorzystujące transmisję z systemów GPS, GLONASS, Galileo. W takim rozwiązaniu, źródłem czasu jest zegar atomowy znajdujący się na satelicie systemu. Jednak i tu względy oszczędnościowe sprawiły, że po roku 2000 coraz częściej na pokładach satelitów montuje się tańsze zegary rubidowe. Ich dziesięciokrotnie niższa cena oraz czterokrotnie dłuższy czas eksploatacji mają decydujące znaczenie ekonomiczne.

Obecnie do najbardziej precyzyjnych zegarów zalicza się masery wodorowe. Trwają też prace nad nowymi wzorcami optycznymi (laserowymi) co poprzedza przygotowywaną na kolejną dekadę zmianę i wprowadzenie nowej definicji sekundy.

W Polsce znajduje się kilkanaście cezowych zegarów atomowych (model 5071A). Posiadające je organizacje i firmy zrzeszone są porozumieniem TA(PL) krajowych laboratoriów ds. porównań wzorców czasu i częstotliwości. Wyznaczają one polską skalę czasu atomowego TA(PL), porównywaną również do TAI.

Wikimedia Commons

Zobacz też[edytuj | edytuj kod]