Zegary Atomowe
Michał Mruczkiewicz IV Nanotechnologia
• Częstotliwość i zegary
• Piewsze zegary atomowe
• Definicja sekundy
• Cezowy zegar atomowy
• Rubidowy zegar atomowy
• Zastosowanie
• Stabilność zegarów atomowych
Zegar wahadłowy
• Częstotliwość wahadła:
• Aby wahadło znajdowało się w pozycji równowagowej co 1 s.
częstotliwość drgań powinna
wynosić 0.5 HZ. Długość nici
powinna wynosić 0.9936 m.
Licznik
Jak zbudować zegar?
Pierwsze zegary atomowe
1949 r. - E. Condon i H.
Lyons z NBS (US
National Bureau of
Standards) prezentują pierwszy zegar
atomowy
Wykorzystano molekuły amoniaku.
Pierwsze zegary atomowe
1955 r. - Pierwszy zegar atomowy bazujący na drganiach atomów cezu-133.
L. Essen and J.V.L. Parry, National Physical Laboratory
Dlaczego Cez?
• Wiązki metali alkalicznych łatwo wykrywalne
• Struktury nadsubtelne dokładnie zbadane
• Stabilność zegara proporcjonalna do różnicy poziomów energetycznych
• Cez posiada największą róznice tych poziomów w grupie metali alkalicznych, 9.2 GHz
• Występuje naturalnie tylko w izotopowej formie Cs133
Sekunda
Jest to czas równy 9 192 631 770 okresów promieniowania odpowiadającego przejściu między dwoma poziomami F = 3 i F = 4 struktury nadsubtelnej stanu podstawowego 2S1/2
atomu cezu 133Cs (powyższa definicja odnosi się do atomu cezu w spoczynku w temperaturze 0 K).
Cez jest podgrzewany Powstaje wiązka atomów
Wiązka jest rozdzielana przez pole magnetyczne
Atomy w niższym stanie energetycznym przechodzą do komory mikrofalowej
Padające fale mikrofalowe w okolicach 9.2 Ghz
Pole magnetyczne kieruje atomy z energią w stanie wyższym na detektor Sterowanie falą magnetyczną i obróbka częśtotliwości
Standard Cezowy
Standard Cezowy
Standard Rubidowy
• Transmisja światł lampy rubidowej zależy od
częśtotliwości fali mikrofalowej
• Układ steruje i konwertuje częśtotliwość
Standard Rubidowy
• Lampa rubidowa emituje promieniowanie
• Część promieniowania jest absorbowana przez filtr
• Promieniowanie lampy powoduje inwersje obsadzeń w komórce rezonansowej
• Absorbcja promieniowania mikrofalowego zwiększa absorbcje promieniowania lampy
Pomiar czasu
UTC - Uniwersalny czas koordynowany
Wzorcowy czas bazujący na uśrednieniu czasu mierzonego przez wiele cezowych zegarów na całym świecie.
Uwzględniający nieregularność ruchu obrotowego Ziemi i
koordynowany względem czasu słonecznego (sekundy
przestępne).
GPS - Global Positioning System
• Satelity wysyłają sygnał do odbiorcy z istotnymi informacjami.
• Na podstawie czasu przesyłania sygnału i
geometrii, ustalane jest położenie odbiorcy.
• Każdy satelita jest wyposażony w zegar atomowy
