Версия для слабовидящих   |    English   |    Русский   |    Қазақша  


10.04.2014

NIST представила новый эталон времени США – атомные часы NIST-F2

Национальный институт стандартов и технологий США (National Institute of Standards and Technology; NIST) официально запустил новые атомные часы, получившие название NIST-F2. Устройство будет использоваться в качестве нового американского эталона единиц времени и частоты наряду с текущим эталоном NIST-F1.

Эталон NIST-F2 способен сохранять секундную точность около 300 миллионов лет, что делает его примерно в три раза точнее по сравнению с атомными часами NIST-F1, которые использовались американцами в качестве эталона с далекого 1999 года. Оба устройства используют так называемый "фонтан" атомов цезия, чтобы определить точную длину секунды.

Недавно ученые из NIST впервые поделились с общественностью официальными данными о производительности системы NIST-F2, которая разрабатывалась в течение десяти лет в Международном бюро мер и весов (МБМВ), расположенном недалеко от Парижа (Франция). Специалисты этой организации собирают данные с атомных часов во всем мире для выработки Всемирного координированного время (UTC). По данным МБМВ, NIST-F2 теперь является самым точным в мире эталоном времени.

Эталон времени NIST-F2 является самым современным представителем семейства атомных часов на основе цезия, разрабатываемых специалистами NIST с 1950 года. Являясь основным американским регулирующим органом в области мер и весов, NIST стремится продвигать механизмы атомного хронометража, которые лежат в основе многих элементов инфраструктуры современной цивилизации. Многие современные технологии, используемые нами в повседневной жизни (вроде сотовых телефонов, системы глобального позиционирования (GPS) и электрической сети), исправно функционируют в значительной степени благодаря высокой точности атомных часов. История показывает, что последовательное улучшение механизмов хронометража обернулось ускорением развития нашего общества и интенсификацией инновационной деятельности.

"Мы создаем атомные часы вот уже более 60 лет. И каждый раз, когда появляется более совершенная модель, находятся новые сферы использования атомных часов, о которых мы ранее и не подозревали ", говорит физик NIST и ведущий разработчик NIST-F2 Стивен Джеффертс.


Физики NIST Стив Джеффертс (на переднем плане) и Том Хевнер рядом с атомными часами NIST-F2 на базе "цезиевого фонтана", которые являются новым эталоном гражданского времени в Соединенных Штатах Америки. Фото: NIST

В настоящее время NIST планирует одновременно эксплуатировать как NIST-F1, так и NIST-F2. Сравнение точности двух часов в долгосрочной перспективе поможет ученым продолжить совершенствование данной технологии, которая служит для создания эталонов гражданского времени (среднее солнечное время, отсчитываемое от полуночи) в США. При этом эталоны военного времени (24-часовой формат представления времени) находятся в ведении Морской обсерватории США.

Оба эталона (NIST-F1 и NIST-F2) отсчитывают время на основе измерения состояния ионов цезия, которое меняется 9192631770 раз в секунду. Полученные данные о флуктуациях ионов цезия используются для определения времени в рамках международной системы единиц (СИ). Ключевым отличием новой модели от ее предшественницы является том, что F1 действует при около комнатной температуре (примерно 27 °C или 80 °F), тогда как атомные часы F2 лучше защищены и приспособлены для эксплуатации в гораздо более холодной среде (при температуре минус 193 °С или минус 316 °F). Эксплуатация атомных часов при пониженной температуре резко снижает фоновое излучение и тем самым уменьшает погрешности измерений.

Первичные эталоны вроде NIST-F1 и NIST-F2 активно используются примерно по несколько недель раз в год для калибровки коммерческих эталонных часов вроде водородных мазеров (мазеров на пучке молекул цианистого водорода). Атомные часы NIST также используются для выработки UTC. С технической точки зрения F1 и F2 являются эталонами частоты (эталонными генераторами единиц частоты), то есть они используются для измерения размера секунды в системе СИ и калибровки других часов (время и частота находятся в обратной зависимости).

NIST предоставляет широкий спектр услуг в области синхронизации часов для удовлетворения широкого спектра потребностей клиентов. К примеру, официальное время NIST используется для организации хронометража осуществляемых в США каждый рабочий день финансовых операций на сотни миллиардов долларов. Синхронизацию с атомными часами данной организации могут осуществлять как промышленные предприятия, так и обычные люди, используя для этой цели интернет (по состоянию на начало 2014 года в адрес NIST поступило около 8 млрд. автоматизированных запросов на синхронизацию часов в день со стороны компьютеров и сетевых устройств со всего мира).

По просьбе Итальянской организации по стандартизации специалистами NIST были изготовлены компоненты для второй модели NIST-F2, известной как IT-CSF2, которая будет эксплуатироваться организацией Istituto Nazionale di Ricerca Metrologica (INRIM) в Турине (Италия).

Эпоха цезиевых атомных часов официально началась в 1967 году, когда секунда стала рассчитываться на основе колебаний атома цезия. С тех пор конструкция цезиевых часов существенно улучшилась, и, вероятно, в будущем процесс совершенствования данной технологии продолжится. Но часы, которые работают на сверхвысоких частотах, вроде тех, что основаны на цезии, вероятно, приближаются к своему пределу производительности из-за относительно низких частот микроволн. В будущем более высокую производительность, вероятно, будет возможно достичь с помощью атомов элементов, которые меняют энергетические уровни при намного более высоких частотах в пределах или вблизи видимой части электромагнитного спектра. Подобные оптические атомные часы разделяют время на меньшие части и могут работать в более чем в 100 раз точнее, чем современные цезиевые эталоны частоты (образцовые цезиевые генераторы частоты). Тем не менее, повышение частоты является лишь одним из множества факторов, которые позволяют улучшать точность подобных эталонов.


По материалам: http://www.nist.gov/

Просмотров: 6693

Возврат к списку

Новости