Новият атомен часовник няма да спечели или загуби секунда след 300 милиона години

Снимка: Национален институт по стандарти и технологии

Снимка: Национален институт по стандарти и технологии


Националният институт по стандарти и технологии на Министерството на търговията на САЩ (NIST) официално пусна нов атомен часовник, наречен NIST-F2, който да служи като нов граждански стандарт за време и честота на САЩ, заедно с настоящия стандарт NIST-F1.

NIST-F2 нито ще спечели, нито ще загуби една секунда за около 300 милиона години, което го прави около три пъти по-точен от NIST-F1, който служи като стандарт от 1999 г. И двата часовника използват „фонтан“ от цезиеви атоми, за да определят точна продължителност на секундата.


Учените от NIST наскоро съобщиха първите официални данни за ефективността на NIST-F2,* които се разработват от десетилетие, до Международното бюро за теглилки и мерки (BIPM), разположено близо до Париж, Франция. Тази агенция събира данни от атомни часовници по целия свят, за да създаде координирано универсално време (UTC), международен стандарт за време. Според данните на BIPM, NIST-F2 сега е най-точният времеви стандарт в света.

NIST-F2 е най-новият от поредицата атомни часовници на базата на цезий, разработен от NIST от 50-те години на миналия век. В ролята си на измервателен орган на САЩ, NIST се стреми да подобри атомното отчитане на времето, което е част от основната инфраструктура на съвременното общество. Много ежедневни технологии, като клетъчни телефони, сателитни приемници на глобалната система за позициониране (GPS) и електрическата мрежа, разчитат на високата точност на атомните часовници. В исторически план подобреното отчитане на времето постоянно води до технологични подобрения и иновации.

„Ако през последните 60 години научихме нещо за изграждането на атомни часовници, научихме, че всеки път, когато изграждаме по -добър часовник, някой измисля негова употреба, която не бихте могли да предвидите“, казва физикът от NIST Стивън Джефертс, водещ дизайнер на NIST-F2.

Засега NIST планира едновременно да работи както с NIST-F1, така и с NIST-F2. Дългосрочните сравнения на двата часовника ще помогнат на учените от NIST да продължат да подобряват и двата часовника, тъй като те служат като американски стандарти за цивилно време. Военноморската обсерватория на САЩ поддържа военни стандарти за време.




И NIST-F1, и NIST-F2 измерват честотата на определен преход в цезиевия атом-което е 9 192 631 770 вибрации в секунда и се използва за определяне на втората, международната (SI) единица време. Ключовата оперативна разлика е, че F1 работи в близост до стайна температура (около 27 ºC или 80 ºF), докато атомите във F2 са екранирани в много по -студена среда (при минус 193 ºC или минус 316 ºF). Това охлаждане драстично намалява фоновото излъчване и по този начин намалява някои от много малките грешки при измерването, които трябва да бъдат коригирани в NIST-F1.

Основните стандарти като NIST-F1 и NIST-F2 се експлоатират за периоди от няколко седмици няколко пъти годишно, за да се калибрират сроковете за NIST, колекции от стабилни търговски часовници, като водородни мазери, използвани за отчитане на времето и установяване на официалното време на деня. Часовниците NIST също допринасят за UTC. Технически, и F1, и F2 са честотни стандарти, което означава, че се използват за измерване на размера на SI секундата и калибриране на „тиковете“ на други часовници. (Времето и честотата са обратно свързани.)

NIST предоставя широк спектър от услуги за измерване на време и синхронизация, за да отговори на голямо разнообразие от нуждите на клиентите. Официалното време на NIST се използва за отбелязване на стотици милиарди долари във финансови транзакции в САЩ всеки работен ден например. Времето на NIST се разпространява и сред индустрията и обществеността чрез услугата Интернет време, която към началото на 2014 г. получава около 8 милиарда автоматизирани заявки на ден за синхронизиране на часовници в компютри и мрежови устройства; и радиопредавания NIST, които актуализират приблизително 50 милиона часовници и други часовници дневно.

По искане на италианската организация по стандартизация, NIST произвежда много дублиращи се компоненти за втора версия на NIST-F2, известна като IT-CsF2, която ще се управлява от Istituto Nazionale di Ricerca Metrologica (INRIM), колега на NIST в Торино, Италия. Двама съавтори от Италия допринесоха за новия доклад за NIST-F2.


Ерата на цезиевия часовник официално датира от 1967 г., когато втората е определена въз основа на вибрациите на цезиевия атом. Цезиевите часовници са се подобрили значително оттогава и е вероятно да се подобрят още малко. Но часовниците, които работят на микровълнови честоти, като тези на базата на цезий или други атоми, вероятно се доближават до крайните си граници на работа поради относително ниските честоти на микровълните. В бъдеще вероятно ще се постигне по -добра производителност с часовници, базирани на атоми, които превключват енергийните нива на много по -високи честоти във или близо до видимата част на електромагнитния спектър. Тези оптични атомни часовници разделят времето на по -малки единици и биха могли да доведат до стандарти за време, над 100 пъти по -точни от днешните стандарти за цезий. По -високата честота е един от многото фактори, които позволяват подобрена прецизност и точност.

Чрез NIST