• Artykuły
  • Forum
  • Ciekawostki
  • Encyklopedia
  • Zegar atomowy

    Przeczytaj także...
    National Institute of Standards and Technology (ang. Narodowy Instytut Standaryzacji i Technologii) to amerykańska agencja federalna spełniająca funkcję analogiczną do Głównego Urzędu Miar. W latach 1901 - 1988 nosił nazwę National Bureau of Standards (ang. Narodowe Biuro Standaryzacji). Główna siedziba znajduje się w Gaithersburg w stanie Maryland. Bezpośredni nadzór nad agencją sprawuje Departament Handlu Stanów Zjednoczonych (Department of Commerce).Atom – podstawowy składnik materii. Składa się z małego dodatnio naładowanego jądra o dużej gęstości i otaczającej go chmury elektronowej o ujemnym ładunku elektrycznym.
    Krajowe Laboratorium Fizyki Atomowej Molekularnej i Optycznej (KL FAMO) to międzyuczelniana jednostka badawcza mieszcząca się w Instytucie Fizyki Uniwersytetu Mikołaja Kopernika w Toruniu. Oficjalne otwarcie laboratorium nastąpiło w 2002 roku.
    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, co oznacza 1 sekundę w ciągu wieku Wszechświata. 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).

    Miliard – liczba o wartości: 1 000 000 000 = 10 (tysiąc milionów), w krajach stosujących długą skalę (w tym w Polsce).Ryż (Oryza L.) – rodzaj zbóż z rodziny wiechlinowatych obejmujący 25 gatunków. Występuje w strefie klimatów gorących i ciepłych na całym świecie. Ryż spożywczy, będący podstawą wyżywienia 1/3 ludności świata , jest produktem otrzymywanym z ziarna ryżu siewnego.

    Pierwszy zegar atomowy był maserem amoniaku. Został zbudowany w 1949, w amerykańskim National Bureau of Standards (NBS, teraz NIST). Był on jednak mniej dokładny niż istniejące wówczas zegary kwarcowe. Pierwszy dokładny zegar atomowy bazował na 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.

    Network Time Protocol (w skrócie: NTP) – protokół synchronizacji czasu, którego czwarta wersja jest zdefiniowana w RFC 5905.Maser (od (ang.) Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation: wzmocnienie mikrofal poprzez wymuszoną emisję promieniowania) – urządzenie wzmacniające mikrofale za pomocą emisji wymuszonej promieniowania elektromagnetycznego. Przyrząd elektroniki kwantowej wytwarzający lub wzmacniający promieniowanie elektromagnetyczne mikrofalowe. Ma zastosowanie w urządzeniach radioastronomicznych, radarowych, łączności satelitarnej i kosmicznej. Maser to urządzenie o zasadzie działania identycznej jak laser, ale emitujące promieniowanie w innym zakresie częstotliwości.

    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 i wynosi jedną dziesięciomiliardową (10), co oznacza dopuszczalne odchylenie o wartości 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.

    Wodór (H, łac. hydrogenium) – pierwiastek chemiczny o liczbie atomowej 1, niemetal z bloku s układu okresowego. Jego izotop, prot, jest najprostszym możliwym atomem, zbudowanym z jednego protonu i jednego elektronu.Rok – odstęp czasu między dwoma jednakowymi położeniami Ziemi w jej ruchu po orbicie wokół Słońca. Analogicznie można mówić o roku marsjańskim lub wenusjańskim – jest to odstęp czasu między dwoma położeniami planety w jej ruchu po orbicie wokół macierzystej gwiazdy.

    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 w 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.

    Global Positioning System (GPS) - właściwie GPS-NAVSTAR (ang. Global Positioning System – NAVigation Signal Timing And Ranging) – jeden z systemów nawigacji satelitarnej, stworzony przez Departament Obrony Stanów Zjednoczonych, obejmujący swoim zasięgiem całą kulę ziemską. System składa się z trzech segmentów: segmentu kosmicznego - 31 satelitów orbitujących wokół Ziemi na średniej orbicie okołoziemskiej; segmentu naziemnego - stacji kontrolnych i monitorujących na ziemi oraz segmentu użytkownika - odbiorników sygnału. Zadaniem systemu jest dostarczenie użytkownikowi informacji o jego położeniu oraz ułatwienie nawigacji po terenie.Stront (Sr, łac. strontium) – pierwiastek chemiczny z grupy berylowców (metali ziem alkalicznych) w układzie okresowym.

    W Polsce znajduje się kilkanaście cezowych zegarów atomowych (model 5071A) oraz maserów wodorowych. 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. W grudniu 2014 roku w Krajowym Laboratorium FAMO w Toruniu uruchomiony został również pierwszy w Polsce optyczny zegar atomowy, bazujący na atomach strontu w sieci optycznej.

    GLONASS (ros. ГЛОНАСС , Глобальная навигационная спутниковая система; .Globalnaja nawigacionnaja sputnikowaja sistiema) – radziecki, obecnie rosyjski, satelitarny system nawigacyjny obejmujący swoim zasięgiem całą kulę ziemską. Podobnie jak GPS jest systemem stadiometrycznym, czyli pozycja jest wyznaczana w punkcie przecięcia czterech sfer o promieniach obliczonych na podstawie czasu propagacji sygnału i środkach znanych z depesz nawigacyjnych wysyłanych przez satelity.Galileo – europejski system nawigacji satelitarnej w trakcie budowy. System ma być równoważną alternatywą do amerykańskiego systemu GPS i rosyjskiego GLONASS, lecz w przeciwieństwie do nich będzie kontrolowany przez instytucje cywilne.

    Obecnie do najbardziej precyzyjnych zegarów zalicza się masery wodorowe oraz zegary bazujące na przejściach atomowych z zakresu optycznego fal elektromagnetycznych, zwane optycznymi zegarami atomowymi. Rozwój prac nad nowymi wzorcami optycznymi (laserowymi) w najbliższych latach doprowadzi do wprowadzenia nowej definicji sekundy.

    Cez (Cs, łac. caesium) – pierwiastek chemiczny, metal alkaliczny. Nazwa pochodzi od łacińskiego słowa "szaroniebieski", związanego z kolorem nalotu pokrywającego zwykle powierzchnię.Zegar kwarcowy - rodzaj zegara, w którym do odmierzania czasu wykorzystuje się drgający kryształ kwarcu. Drgania kryształu są zliczane przez układy cyfrowe, które pokazują aktualny czas na wyświetlaczu zegarka. Rezonator kwarcowy wytwarza sygnał o precyzyjnie ustalonej częstotliwości, przez co zegary kwarcowe są co najmniej o rząd wielkości dokładniejsze od zegarów mechanicznych.

    Zobacz też[]

  • zegar pulsarowy
  • Przypisy

    1. N.N. Huntemann N.N., C.C. Sanner C.C., B.B. Lipphardt B.B., Chr.Ch. Tamm Chr.Ch., E.E. Peik E.E. i inni, Single-Ion Atomic Clock with $3x10^{-18}$ Systematic Uncertainty, „Physical Review Letters”, 6, 8 lutego 2016, s. 063001, DOI10.1103/PhysRevLett.116.063001 [dostęp 2016-03-31].
    2. Strona Obserwatorium Astrogeodynamicznego Borowiec, www.cbk.poznan.pl [dostęp 2016-03-31].
    3. Ruszył jeden z najprecyzyjniejszych optycznych zegarów atomowych - Wydział Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego, www.fuw.edu.pl [dostęp 2016-03-31].
    4. MarcinM. Piotrowski MarcinM., Pierwszy polski optyczny zegar atomowy tyka w Toruniu! | Fiztaszki, www.fiztaszki.pl, 8 grudnia 2014 [dostęp 2016-03-31].
    5. Andrew D.A. D. Ludlow Andrew D.A. D., Martin M.M. M. Boyd Martin M.M. M., JunJ. Ye JunJ., E.E. Peik E.E., P. O.P. O. Schmidt P. O.P. O. i inni, Optical atomic clocks, „Reviews of Modern Physics”, 2, 26 czerwca 2015, s. 637–701, DOI10.1103/RevModPhys.87.637 [dostęp 2016-03-31].
    6. FritzF. Riehle FritzF., Towards a redefinition of the second based on optical atomic clocks, „Comptes Rendus Physique”, 5, The measurement of time / La mesure du temps, 1 czerwca 2015, s. 506–515, DOI10.1016/j.crhy.2015.03.012 [dostęp 2016-03-31].
    Sekunda przestępna, nazywana też sekundą skokową – dodatkowa sekunda dodawana czasem (zwykle w czerwcu lub w grudniu) w celu zsynchronizowania uniwersalnego czasu koordynowanego ze średnim czasem słonecznym. Daty dodawania sekund przestępnych w celu zsynchronizowania doby z opóźniającym się ruchem obrotowym Ziemi na podstawie obserwacji astronomicznych określa Międzynarodowa Służba Ruchu Obrotowego Ziemi i Systemów Odniesienia (ang. International Earth Rotation and Reference Systems Service, w skr. IERS). Ostatnia sekunda przestępna dodana została 30 czerwca 2012, o godzinie: 23:59:60 UTC.Milimetr (symbol: mm) – podwielokrotność metra, podstawowej jednostki długości w układzie SI. Jeden milimetr równa się 10 m. W notacji naukowej można go zapisać jako 1 E-3 m oznaczający 0,001 × 1 m.



    w oparciu o Wikipedię (licencja GFDL, CC-BY-SA 3.0, autorzy, historia, edycja)

    Warto wiedzieć że... beta

    Sekunda (łac. secunda – następna, najbliższa) – jednostka czasu, jednostka podstawowa większości układów jednostek miar np. SI, MKS, CGS – obecnie oznaczana s, niegdyś sek.
    Międzynarodowy czas atomowy (ang. International Atomic Time, fr. Temps Atomique International, TAI) - międzynarodowy standard pomiaru czasu, utworzony w 1955 r., bazujący na uśrednieniu czasu mierzonego przez wiele cezowych zegarów (zegarów atomowych) na całym świecie. TAI jest utrzymywany przez Międzynarodowe Biuro Wag i Miar (Bureau International des Poids et Mesures (BIPM)), światowe ciało zarządzające pomiarami czasu dla celów cywilnych. TAI jest podstawą Universal Time Coordinated.
    Uniwersalny czas koordynowany, UTC (ang. Universal Time Clock lub Coordinated Universal Time, fr. Temps Universel Coordonné) – wzorcowy czas ustalany na podstawie TAI (fr. Temps Atomique International), uwzględniający nieregularność ruchu obrotowego Ziemi i koordynowany względem czasu słonecznego. By zapewnić, że Słońce średnio w ciągu roku przechodzi nad południkiem zerowym o godz. 12:00 UTC z dokładnością nie mniejszą niż 0,9 s, od czasu do czasu do UTC dodawana jest tzw. sekunda przestępna. Operację tę przeprowadza IERS (International Earth Rotation Service).
    Wzorzec częstotliwości w Polsce to atomowy wzorzec cezowy; jest to etalon, którego częstotliwość wynosi 9,1926317716 GHz. W Polsce wzorce częstotliwości są zarazem wzorcami czasu. Wzorce można podzielić na etalony, wzorce I rzędu, wzorce II i III rzędu.
    Wiek Wszechświata – w standardowym modelu kosmologicznym (jednorodnym i izotropowym) – czas, który upłynął od Wielkiego Wybuchu (czyli czas kosmiczny w chwili obecnej).
    Zegar pulsarowy – zegar, którego działanie opiera się na zliczaniu impulsów fal radiowych emitowanych z dużą regularnością okresu przez pulsary. W szczególności wykorzystanie pulsarów o milisekundowym okresie emisji pozwala na zbudowanie stabilnie działających zegarów o dużej dokładności, jednak wymaga to skorygowania naturalnie występujących nieregularności emisji.
    Wat – jednostka mocy lub strumienia energii w układzie SI (jednostka pochodna układu SI), oznaczana symbolem W. Nazwa wat pochodzi od nazwiska brytyjskiego inżyniera i wynalazcy Jamesa Watta.

    Reklama