Jste zde

Domů

Ytterbiové hodiny

Kategorie časoměrných přístrojů:

Kategorie:

Ytterbiové atomové hodiny
Dvojice experimentálních atomových hodin založených na kmitech atomů Ytterbia v Národním institutu pro standardy a technologie (NIST) stanovila nový rekord pro stabilitu měření času. Hodiny fungují s dokonalým načasováním na dobu srovnatelnou se stářím Vesmíru - pokud bychom je spustili v okamžiku jeho zrodu, je téměř jisté, že by se s Vesmírem nerozešly ani o tisícinu sekundy.
Superstabilní Ytterbiové atomové hodiny jsou podstatně stabilnější než ostatní druhy doposud používaných atomových hodin. Jak tedy zatím nejpřesnější hodiny na světě fungují ? Fyzikové NIST hlásí od 22.srpna 2013, že tikání Ytterbiových atomových hodin je stabilnější než jiné předchozí atomové hodiny. Jejich stabilita může být popsána jako to, jak přesně dlouho trvá doba trvání každého tiku k dalšímu následujícímu tiku. Tikot Ytterbiových atomových hodin je přesnější, než polovina 1 quintillionu sekundy (1 následuje 18 nul), což je zhruba 10 krát lepší, než předchozí nejlepší publikované výsledky pro jiné atomové hodiny.

Ytterbiové atomové hodiny znamenají rozhodující průlom v přesnosti měření času

Tento dramatický průlom má potenciál pro významný dopad nejen na časomíru, ale také na širokou škálu senzorů pro měření veličin, které mají dopady na rychlost atomových hodin, včetně gravitace, magnetického pole a podobně tak i teploty, což je významný krok ve vývoji nové generace atomových hodin v rámci rozvoje po celém světě.

Jak fungují atomové ytterbiové hodiny ?

"Stabilita Ytterbiových atomových hodin otevírá dveře k celé řadě zajímavých praktických vysoce výkonných aplikací pro měření času," řekl fyzik NIST a spoluautor Andrew Ludlow. Každé Ytterbiových atomových hodin se opírá o asi 10.000 vzácných hornin, kdy atomy se ochladí na 10 microkelvinů (10 miliontin stupně nad absolutní nulou), a uchytí se v optické mřížce ve tvaru jamky z laserového světla. Další laser pak atomy rozkmitá 518000000000000 krát za sekundu a vyvolá tak přechod mezi dvěma energetickými hladinami v atomech. Velký počet atomů je pak klíčem k vysoké přesnosti hodin.

Jak se počítá tikot atomových hodin

Tikot jakýchkoliv atomových hodin musí být počítáno v průměru za určité období, po které poskytují nejlepší výsledky. Jedním z klíčových výhod velmi vysoké stability Ytterbiových atomových hodin je to, že přesných výsledků lze dosáhnout velmi rychle. Například současný americký standard civililního času, NIST-F1 cesiových atomových fontánových hodiny, se v průměru ladí asi 400.000 sekund ( pět dnů), aby bylo dosaženo jejich nejlepšího výkonu.

Výzkum atomových ytterbiových hodin trval více než deset let

Nové Ytterbiové hodiny dosahují stejného výsledku asi za jednu sekundu. Vzhledem k tomu, že Ytterbiové atomové hodiny jsou takto vysoce stabilní, mohou se provádět měření extrémně rychle v reálném čase v mnoha případech, kdy je důležité rychle měnit nastavení aplikace, jako jsou například výrobní haly, nebo přirozené prostředí. Klíčovým milníkem umožňujícím výkonnost Ytterbiových hodin byla nedávná výstavba druhé verze atomových hodin a zlepšení výkonu verze původní, na které se pracovalo od roku 2003.

Ytterbiové hodiny nakročily k novému standardu v přesnosti měření času

V průběhu této desetileté cesty vědci NIST udělali několik vylepšení pro oba typy hodin, včetně výoje speciálního nízkofrekvenčního laseru použitého k excitaci atomů, a objev metody jak zrušit rušivé účinky způsobené kolizí mezi atomy. Stabilita Ytterbiových atomových hodin je odlišná od úrovně výkonnosti předcházejících atomových hodin a je standardizována jako NIST-F1. Tento standard navazuje na mezinárodní soustavy jednotek. Další experimentální optické hodiny vychází z nasazení jednoho z iontů, jako jsou například hliníkové hodiny, logické hodiny nebo rtuťové hodiny. NIST-F1 a iontové hodiny byly hodnoceny na základě systematické nejistoty, další důležité metriky pro standardní atomové hodiny.

Výzkum ytterbiových atomových hodin spolufinancovala i NASA

Výkon NIST-F1 hodin je popsán z hlediska přesnosti, která se týká toho, jak úzce hodiny realizuje atomu cesia na známé frekvenci, neboli přírodní vibrační frekvence. Přesnost je pro měření času na primární úrovni. Vědci z NIST plánují dlouhodobě měřit přesnost Ytterbiových atomových hodin v blízké budoucnosti, a porovnávat ji s přesností ostatních vysoce výkonných optických atomových hodin. Výzkum je financován z části Defense Advanced Research Projects Agency a Národního úřadu pro letectví a kosmonautiku (NASA).