Содержание
Новые атомные часы могут без погрешностей измерять время до тех пор, пока Земля не прекратит существование
Исследователи института JILA при Колорадском университете в Боулдере создали уникальные атомные часы. Если бы их запустили в момент, когда сформировалась Земля, то сейчас они могли бы показывать самое точное время без малейшей погрешности. Кроме того, если сейчас сбросить часы и снова их запустить, то они, скорее всего, смогут пережить Землю. Созданные исследователями атомные часы, по их словам, являются самым точными часами в мире.
«У нас уже появились некоторые соображения как можно еще больше усовершенствовать эти часы», — сказал руководитель исследования Цзюн Йе. – «Данная статья в журнале Nature представляет собой промежуточный отчет. Вы можете рассчитывать на новые прорывы в разработке атомных часов в течение следующих 5-10 лет».
Стоит отметить, что Цзюн Йе является членом Национального института стандартов и технологий (NIST), который курирует работу JILA совместно с Колорадским университетом в Боулдере.
Для NIST критически важно привести доказательства, что именно его разработка является лучшей. Точность атомных часов определяется тем, насколько они близки к истинной резонансной частоте, на которой их атомы колеблются между двумя электронными уровнями энергии. Так вот, точность новых часов составляет 6,4×10-18. Однако несмотря на то, что часы могут работать без малейшего отклонения не менее 5 млрд лет, формальности не позволяют официально признать часы самыми точными в мире, так как они основаны на неправильном элементе.
Созданные группой исследователей под руководством Цзюн Йе часы опираются на осцилляции атомов стронция, тогда как согласно определению международной системы единиц стандартом для измерений времени и частоты является атомы цезия. Принято, что 1 секунде соответствует 9192631770 таких колебаний.
Курс
Full Stack розробка
Навчайтесь за вільним графіком, щоб стати універсальним фахівцем зі знанням Back-end та Front-end. Заробляйте $1300 на місяць
РЕЄСТРУЙТЕСЯ!
В NIST надеются, что им удастся немного подкорректировать стандарты и заставить мир принять стронций в дополнение или вместо цезия.
Правда, перед NIST стоит довольно непростая задача. Уже давно считается, что наиболее точными и стабильными могут быть лишь колебания атомов цезия. Однако исследователи из Парижской обсерватории недавно доказали, что созданные ими часы на основе стронция отличаются погрешностью не более 1 секунды в течение каждых 300 миллионов лет. В то же время погрешность современных атомных часов на атомах цезия в среднем составляет 1 секунду в течение каждых 100 миллионов лет. NIST со своими часами пытается изменить устоявшийся стандарт определения секунды.
Как и атомные часы исследователей из Парижской обсерватории, часы NIST используют мощный лазер, которые удерживает охлажденные почти до абсолютного нуля атомы стронция в так называемой оптической решетке и заставляет их колебаться между двумя энергетическими уровнями. Для регистрации частоты колебаний используется специальный прибор. Этот метод в NIST используют уже несколько лет, но, по их словам, последние нововведения в лазерной стабилизации и точности измерения сделали новые часы гораздо точнее и стабильнее, о чем упоминалось в начале.
Исследователи предполагают, что новые атомные часы могут однажды привести к установлению новых стандартов измерения времени и помогут в разработке невероятно точных датчиков для измерения гравитации и температуры.
атомные часы, единицы измерения времени, Наука, секунда, Стронций, Технологии, Цезий
Ученые ИЛФ СО РАН и их коллеги из-за рубежа разработали новый способ уменьшения погрешности атомных часов
1487
Добавить в закладки
Ученые из Института лазерной физики СО РАН совместно с
Национальным институтом стандартов и технологий США и французским
исследовательским институтом Фемто-СТ представили новый способ
уменьшения полевого сдвига в атомных часах, сообщает издание
«Наука в Сибири». Статья об этом опубликована в
августовском номере «Physical Review
Applied».
«Атомные часы — стандарты частоты и времени, — рассказывает один
из авторов проекта, главный научный сотрудник ИЛФ СО РАН доктор
физико-математических наук Валерий Иванович Юдин. — На
сегодняшний день это самые точные приборы измерения времени. Если
бы их запустили с момента образования Вселенной, то к
сегодняшнему моменту отклонение было бы не больше, чем на доли
секунды».
Атомные часы используются на космических станциях, в навигации, в
системах ГЛОНАСС и GPS, так что большое значение имеет их
точность и стабильность. Но даже такое устройство неидеально
— существует небольшая погрешность.
«Например, — говорит Валерий Юдин, — системы ГЛОНАСС и GPS могут
рассчитать позиционирование с точностью до нескольких метров.
Прогресс в использовании атомных часов позволит сократить эту
неопределенность до минимума, например до сантиметров и даже
менее».
Современные атомные часы имеют нестабильность от 10-16 до 10-18.
Во многих случаях такую нестабильность провоцирует полевой сдвиг.
Это результат воздействия электромагнитного поля. Его создает
главный компонент атомных часов — локальный осциллятор
(автогенератор электромагнитных колебаний). Он, помимо своей
основной работы по созданию нужных частот в часах, формирует
электромагнитные импульсы, которые смещают частоту колебаний в
атомах. Один из главных вопросов — как стабилизировать атомные
часы так, чтобы значительно уменьшить временную
погрешность.
В атомных часах исследователи часто используют лазер — именно он
может генерировать частоты и излучение, влияющее на поведение
полевого сдвига. Суть метода, предложенного учеными, в том, чтобы
добавить к уже имеющемуся сдвигу так называемый антисдвиг. Они
одинаковые по силе, но разные по знаку, и искусственный сдвиг
уничтожает реальный. Также в работе использован принцип двух
петель обратной связи. Петля обратной связи — кольцевая система
причинно-связанных элементов, которые влияют друг на друга.
На
первой петле стабилизируется частота лазера, а на второй
изначальный и искусственный сдвиги взаимно компенсируются. Для
создания антисдвига ученые используют технические возможности
лазера — программируют его таким образом, чтобы он «выстрелил» по
атомным часам с дополнительным отрицательным частотным
сдвигом.
«Преимущество нового спектроскопического (основанного на
взаимодействии вещества с электромагнитным излучением) метода
состоит в его простоте, — говорит Валерий Иванович Юдин, — и в
том, что он цифровой. Так что мы сразу смогли посмотреть, как
работают наши расчеты, просто введя нужные данные в лазер. Теперь
дело за прикладной частью исследования: каким образом такой метод
лучше применять. Этим будут заниматься как экспериментаторы в
Институте лазерной физики СО РАН, так и американские и
французские коллеги».
Разместил Григорий Яшин
антисдвиг
атомные часы
Источник:
www.sbras.info
Информация предоставлена Информационным агентством «Научная Россия».
Свидетельство о регистрации СМИ: ИА № ФС77-62580, выдано
Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций 31 июля 2015 года.
НАУКА ДЕТЯМ
Академик Е.И. Пивовар: экспертиза городов перед присвоением им почетных званий ― это подтверждение правды, патриотическая и научная работа
18:57 / История, Наука и общество
Секунде дадут другое определение
18:30 / Физика
Глава Минобрнауки Валерий Фальков заявил о планах по расширению образовательного и научно-технологического сотрудничества между Россией и Мьянмой
18:22 / Наука и общество, Образование
Президент РФ Владимир Путин поддержал предложение главы РАН Геннадия Красникова о присвоении почетных званий российским городам
17:50 / История, Наука и общество
На основании проведенной РАН экспертизы президент академии Геннадий Красников предложил присвоить почетные звания 11 российским городам
17:48 / История, Наука и общество
Кристаллы на основе металлов, серы и селена ускорят искусственный фотосинтез
17:30 / Химия
Коллайдер NICA получил первые элементы для системы электронного охлаждения
16:30 / Физика
Студенты химфака МГУ — победители и призёры Международной олимпиады школьников по химии получат стипендию «Уралхима»
15:30 / Наука и общество, Образование, Химия
Ученые СПбГУ синтезировали в лаборатории аналог самого сложного минерала на Земле
15:00 / Науки о земле
Новая разработка ученых позволит очистить нефть от примесей
14:30 / Физика
Памяти великого ученого.
Наука в глобальном мире. «Очевиднное — невероятное» эфир 10.05.2008
04.03.2019
Памяти великого ученого. Нанотехнологии. «Очевидное — невероятное» эфир 3.08.2002
04.03.2019
Вспоминая Сергея Петровича Капицу
14.02.2017
Смотреть все
время — Точность атомных часов
спросил
Изменено
7 лет, 1 месяц назад
Просмотрено
529 раз
$\begingroup$
Когда вы слышите об атомных часах, их точность описывается примерно так: «Они не отстают и не отстают на $x/y$ секунды за $z$ лет». Как рассчитывается эта ошибка? Означает ли ошибка, что мы имеем более регулярное физическое явление, с которым можно сравнить атомные часы? Или эта ошибка просто означает, что в часах очень редко происходят квантовые явления, которые время от времени могут нарушать их регулярность?
- время
- измерения
$\endgroup$
$\begingroup$
В атомных часах эталоном является линия D2 цезия, то есть разница энергий между основным и возбужденным состояниями.
Это абсолютное значение вплоть до предела Гейзенберга. Итак, если у вас были идеальные условия, вы ограничены только физикой. Я имею в виду, что существует минимальная неопределенность в возможности измерить разницу энергий между основным и возбужденным состояниями.
Однако, чтобы достичь предела Гейзенберга, необходимо преодолеть несколько технических ошибок. «Расширение линии» (т. е. неопределенность измерения энергии) происходит из-за многих факторов, таких как:
Проблемы с лазером:
Фазовый шум, шум интенсивности, дрейф частоты. По большей части ими можно управлять очень точно, то есть примерно до ~ 10 Гц / 1 ТГц. «Легкими сдвигами» можно управлять, снижая интенсивность. Сдвиги частоты компенсируются «привязкой» лазера к резонансной линии с помощью активной обратной связи. Оптическая обратная связь уменьшает ширину лазерной линии.
Магнитные поля:
Это одна из самых неприятных проблем, поскольку вам приходится активно компенсировать поля переменного и постоянного тока.
Поскольку в установке используется МОЛ (магнитооптическая ловушка), измерения проводятся после выключения улавливающих магнитных полей, поэтому гистерезис или остаточные поля могут возмущать систему эффектом Зеемана. Об этой проблеме также позаботились пионеры системы MOT.
Помимо этого, есть масса других вещей, за которыми нужно следить. Так что да, по сути, эти ошибки носят технический характер, а не какое-то случайное явление.
$\endgroup$
3
$\begingroup$
Вышеприведенное неверно; в цезиевых часах переход представляет собой микроволновый переход между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния.
Точность зависит от стабильности частоты. Сравнивая с другими хорошими часами, можно заметить, насколько стабильна стабильность частоты. Прошедшее время — это всего лишь интеграл частоты, поэтому погрешность синхронизации можно рассчитать, умножив ее на дробную стабильность частоты.
7, можно было бы ожидать погрешность синхронизации до 1 секунды в год.
Ограничения для улучшения микроволновых часов связаны с тем, насколько хорошо мы можем контролировать возмущения, влияющие на атомы, такие как магнитные и электрические поля, столкновения между атомами, проблемы с неоднородностью микроволновых полей и т. д.
$\endgroup$
3
Зарегистрируйтесь или войдите в систему
Зарегистрируйтесь с помощью Google
Зарегистрироваться через Facebook
Зарегистрируйтесь, используя электронную почту и пароль
Опубликовать как гость
Электронная почта
Требуется, но никогда не отображается
Опубликовать как гость
Электронная почта
Требуется, но не отображается
Нажимая «Опубликовать свой ответ», вы соглашаетесь с нашими условиями обслуживания, политикой конфиденциальности и политикой использования файлов cookie
.
Характеристики атомных часов и комбинированный прогноз погрешности часов для навигационных спутников BeiDou нового поколения
Характеристики атомных часов и комбинированный прогноз ошибок часов для навигационных спутников BeiDou нового поколения
- Ван, Дунся
- Го, Жуй
- Сяо, Шэнхун
- Синь Цзе
- Тан, Тингсонг
- Юань, Юньбинь
;
;
;
;
;
Аннотация
Атомные часы являются основным оборудованием на борту навигационных спутников, и их характеристики и прогнозы напрямую определяют точность PNT.
В этой статье оцениваются орбитальные характеристики и точность предсказания атомных часов, используемых в навигационных спутниках нового поколения, с использованием данных двусторонней синхронизации времени. Во-первых, используя данные об ошибках часов, предварительно обработанные на основе комбинированного обнаружения грубых ошибок MAD, изучается метод, используемый для оценки характеристик спутниковых часов. Результаты показывают, что грубая ошибка может быть эффективно устранена и что характеристики спутников нового поколения улучшаются по сравнению с характеристиками региональных спутников. Точность частоты была повышена с 6,91 × 10 -12 до 3,29 × 10 -12 , а дневная стабильность была повышена с 4,036 × 10 -14 до 2,339 × 10 -14 . Во-вторых, была разработана взвешенная комбинированная модель прогнозирования ошибки часов, которая синтезирует полиномиальную и грейовую модели с использованием классического взвешенного метода. Результаты с использованием комбинированных моделей показывают, что точность предсказания спутников нового поколения улучшилась в два раза по сравнению с таковой для региональных спутников, а среднее значение предсказания увеличилось с 0,77 нс до 0,38 нс.
Более того, по результатам исследования было обнаружено, что точность прогнозирования значительно коррелирует с суточной стабильностью и точностью частоты и имеет микрокорреляцию с суточной скоростью дрейфа. Наконец, чтобы изучить точность предсказания спутников нового поколения, мы изучили ISL и пришли к выводу, что это значительно увеличило измеряемую дугу спутников MEO и может улучшить точность предсказания повторного входа с 3-4 нс до 1 нс.
- Публикация:
Достижения в области космических исследований
- Дата публикации:
- Май 2019
- DOI:
10.1016/ж.аср.2018.01.020
- Биб-код:
2019AdSpR.
