Alexander Kuklev (akuklev) wrote,
Alexander Kuklev
akuklev

Categories:

Точные часы

На сегодняшний день сверхточные часы представляют из себя прожорливые по части электропитания установки размером со шкаф, требующие постоянного охлаждения и всяческой изоляци от окружающих воздействий: сильных электрических и магнитных полей, ионизирующего излучения, вибрации. Есть миниатюрные варианты, влезающие в наручные часы, но там точность сильно страдает.

В ближайшем будущем часовой механизм, влезающий в наручные часы и работающий от батарейки, будет не только значительно привышать по точности современные сверхточные часы, но и работать в широком диапазоне температур, не бояться электромагнитных полей и тем более механических воздействий.
— Основа механизма (“маятник”) — полупроводниковый лазер (типа тех, что в лазерных указках) со встроенным в него кристаллом фиксации частоты, содержащий торий-229. Кристалл (про механизм для простоты умолчим) заботится о том, что длина волны лазера составляет ровно* 159 нанометров, что соответствует частоте в 1886 THz.
— Дальше лазер направляется в устройство (метакристалл), которое называется частотной расчёской. Луч монохроматического света частоты F прошедший через этот кристалл, начинает варьировать яркость (становиться то ярче, то тусклее) с частотой ровно F/2n, где n — порядок кристалла. В наших часах будет использоваться кристалл порядка 14, т.е. на выходе будет луч с биением яркости с очень стабильной частотой в районе 115 GHz.
— Затем луч будет подаваться на фотоэлемент со счётчиком, который считает биения яркости. Т.е. он считает, сколько прошло тактов времени длинной 0.9 пикосекунд с момента запуска.
Всё устройство целиком будет плоским, компактным, твердотельным, смонтированным на одном кристалле, замкнутым и запаяным.

* Обычно для стабилизации частоты в сверхточных часах используются электронные переходы в атомах. Это имеет ряд минусов: во-первых при повышении температуры частота расплывается, во-вторых при появлении сильных фоновых электрических или магнитных полей, частота сдвигается. Для стабилизации частоты в вышеуказанных твердотельных ториевых часах используется переход в ядре тория, что имеет ряд плюсов. Во-первых, высокая температура выражается в основном в колебаниях электронных оболочек атомов, но не ядра, таким образом точность часов останется высочайшей при температурах до 300 °C, тогда как атомные часы требуют температур близких к абсолютному нулю. Во-вторых, фоновые электромагнитные поля ядрам тоже непочём и ионизирующее излучение побоку. Ну и наконец, в отличие от случая атомных часов, нам не нужно ловить отдельные атомы в сложную ионную ловушку, можно просто взять крисстал допированный торием, кристалл уже и есть ловушка для ядер. Частота этого перехода (коротковолновый ультрафиолет) много выше частоты применяющихся для атомных часов электронных переходов, а его квантовая размытость много меньше.

В результате такие часы имеют неточность порядка 1/1019. То есть если положить на стол набор таких часов на стол, одновременно запустить и подождать 14 миллиардов лет (возраст вселенной), то разночтения показаний часов будут в пределах одной десятой секунды**.

С появлением таких часов изменят определение секунды: сейчас секунда определена как 9192631770 биений цезиевого "маятника", а будет определена как определённое количество “биений” ториевых часов.

(Частично по материалам http://arxiv.org/pdf/1204.3268v3.pdf)

_____
** 0.1 с при охлаждении до температуры кипения азота и ниже, в высокотемпературном (от комнатной температуры до 300 °C) режиме работы — до 1 секунды.
Tags: научпоп
Subscribe

Recent Posts from This Journal

  • (no subject)

    Встретил фотографию толпы футбольных фанатов, и она меня скорее напугала, у меня уж точно нет желания быть там среди них. Но внезапно я понял, что…

  • Прогресс

    Десять дней назад, вторая ступень SpaceX'овского корабля Starship своим ходом слетала своим ходом на десять километров вверх, и усмепшно приземлилась…

  • О водосбережении

    Как известно, питьевая вода во многих странах дефицитный ресурс. И даже в дождливой Германии летом иногда случаются засухи, в результате которых она…

  • Post a new comment

    Error

    default userpic

    Your reply will be screened

    Your IP address will be recorded 

    When you submit the form an invisible reCAPTCHA check will be performed.
    You must follow the Privacy Policy and Google Terms of use.
  • 22 comments

Recent Posts from This Journal

  • (no subject)

    Встретил фотографию толпы футбольных фанатов, и она меня скорее напугала, у меня уж точно нет желания быть там среди них. Но внезапно я понял, что…

  • Прогресс

    Десять дней назад, вторая ступень SpaceX'овского корабля Starship своим ходом слетала своим ходом на десять километров вверх, и усмепшно приземлилась…

  • О водосбережении

    Как известно, питьевая вода во многих странах дефицитный ресурс. И даже в дождливой Германии летом иногда случаются засухи, в результате которых она…