Historia fupi ya kuonekana kwa vyombo vya atomiki kwa kupima wakati. Saa sahihi zaidi ulimwenguni - quantum

Saa ya atomiki ni kifaa cha kipimo sahihi cha wakati. Walipata jina lao kutokana na kanuni ya kazi yao, kwani mitetemo ya asili ya molekuli au atomi hutumiwa kama kipindi. Saa za atomiki zimetumika sana katika urambazaji, tasnia ya angani, uwekaji nafasi za satelaiti, kijeshi, utambuzi wa ndege na mawasiliano ya simu.

Kama unaweza kuona, kuna maeneo mengi ya matumizi, lakini kwa nini wote wanahitaji usahihi kama huo, kwa sababu leo kosa la saa za atomiki za kawaida ni sekunde 1 tu katika miaka milioni 30? Lakini kuna sahihi zaidi. Kila kitu kinaeleweka, kwa sababu wakati hutumiwa kuhesabu umbali, na kuna kosa ndogo inaweza kusababisha mamia ya mita, au hata kilomita, ikiwa tunachukua umbali wa cosmic. Kwa mfano, hebu tuchukue mfumo wa urambazaji wa GPS wa Amerika, wakati wa kutumia saa ya kawaida ya elektroniki kwenye mpokeaji, hitilafu katika kupima kuratibu itakuwa muhimu sana, ambayo inaweza kuathiri mahesabu mengine yote, na hii inaweza kusababisha matokeo linapokuja teknolojia za nafasi. . Kwa kawaida, kwa wapokeaji wa GPS katika vifaa vya simu na gadgets nyingine, usahihi zaidi sio muhimu kabisa.

Wakati sahihi zaidi huko Moscow na ulimwengu unaweza kupatikana kwenye tovuti rasmi - "seva ya wakati halisi wa sasa" www.timeserver.ru

Saa za atomiki zimeundwa na nini?

Saa ya atomiki ina sehemu kuu kadhaa: oscillator ya quartz, kibaguzi wa quantum, na vizuizi vya umeme. Mpangilio kuu wa kumbukumbu ni oscillator ya quartz, ambayo imejengwa juu ya fuwele za quartz na, kama sheria, hutoa mzunguko wa kawaida wa 10, 5, 2.5 MHz. Kwa kuwa operesheni thabiti ya quartz bila kosa ni ndogo, lazima irekebishwe kila wakati.

Kibaguzi wa quantum hurekebisha mzunguko wa mstari wa atomiki, na inalinganishwa katika kulinganisha kwa awamu ya mzunguko na mzunguko wa oscillator ya quartz. Kilinganishi kina maoni kwa oscillator ya fuwele ili kurekebisha ikiwa kuna kutolingana kwa masafa.
Saa za atomiki haziwezi kujengwa kwenye atomi zote. Bora zaidi ni atomi ya cesium. Inahusu msingi ambao vifaa vingine vyote vinavyofaa vinalinganishwa, kama vile, kwa mfano: strontium, rubidium, kalsiamu. Kiwango cha msingi kinafaa kabisa kwa kupima muda halisi, ndiyo sababu inaitwa msingi.

Saa sahihi zaidi ya atomiki ulimwenguni

Mpaka leo saa sahihi zaidi ya atomiki ziko Uingereza (zimekubaliwa rasmi). Kosa lao ni sekunde 1 tu katika miaka milioni 138. Ni viwango vya viwango vya wakati vya kitaifa vya nchi nyingi, pamoja na Merika, na pia huamua wakati wa kimataifa wa atomiki. Lakini katika ufalme hakuna saa sahihi zaidi duniani.

picha sahihi zaidi ya saa ya atomiki

Marekani ilidai kuwa ilitengeneza aina ya majaribio ya saa sahihi kulingana na atomi za cesium, ikiwa na hitilafu ya sekunde 1 katika takriban miaka bilioni 1.5. Sayansi katika eneo hili haisimama na inakua kwa kasi ya haraka.

Kwanza, saa hutumia ubinadamu kama njia ya kudhibiti wakati wa programu.

Pili, leo kipimo cha wakati pia ni aina sahihi zaidi ya kipimo cha yote yaliyofanywa: usahihi wa kipimo cha wakati sasa imedhamiriwa na kosa kubwa sana la mpangilio wa 1 10-11%, au 1 s katika miaka 300 elfu.

Na watu wa kisasa walipata usahihi kama huo wakati walianza kutumia atomi, ambayo, kama matokeo ya oscillations yao, ni mdhibiti wa saa ya atomiki. Atomu za Cesium ziko katika hali mbili za nishati tunazohitaji (+) na (-). Mionzi ya sumakuumeme yenye mzunguko wa hertz 9,192,631,770 hutolewa wakati atomi zinapohama kutoka hali (+) hadi (-), na kuunda mchakato sahihi wa mara kwa mara wa mara kwa mara - kidhibiti cha msimbo wa saa ya atomiki.

Ili saa za atomiki zifanye kazi kwa usahihi, cesium lazima ipeperushwe kwenye tanuru, kama matokeo ambayo atomi zake hutolewa. Nyuma ya tanuru ni sumaku ya kuchagua, ambayo ina uwezo wa atomi katika hali ya (+), na ndani yake, kutokana na mionzi katika uwanja wa microwave, atomi huenda kwenye hali ya (-). Sumaku ya pili inaelekeza atomi ambazo zimebadilisha hali (+) hadi (-) kwenye kifaa cha kupokea. Atomi nyingi ambazo zimebadilisha hali yao zinapatikana tu ikiwa mzunguko wa emitter ya microwave inafanana hasa na mzunguko wa vibrations ya cesium 9 192 631 770 hertz. Vinginevyo, idadi ya atomi (-) katika mpokeaji hupungua.

Vyombo hufuatilia kila mara na kurekebisha uthabiti wa masafa 9 192 631 770 hertz. Kwa hivyo, ndoto ya wabuni wa saa ilitimia, mchakato wa mara kwa mara ulipatikana: mzunguko wa hertz 9,192,631,770, ambayo inadhibiti mwendo wa saa za atomiki.

Leo, kama matokeo ya makubaliano ya kimataifa, ya pili inafafanuliwa kama kipindi cha mionzi iliyozidishwa na 9,192,631,770, inayolingana na mpito kati ya viwango viwili vya muundo wa hali ya chini ya atomi ya cesium (isotopu ya cesium-133).

Ili kupima muda halisi, unaweza pia kutumia mitetemo ya atomi na molekuli nyingine, kama vile atomi za kalsiamu, rubidium, cesium, strontium, molekuli za hidrojeni, iodini, methane, n.k. Hata hivyo, mionzi ya atomi ya cesium inatambulika kama kiwango cha masafa. Ili kulinganisha mitetemo ya atomi tofauti na kiwango (cesium), leza ya titan-sapphire iliundwa ambayo hutoa masafa mapana ya masafa kutoka 400 hadi 1000 nm.

Muundaji wa kwanza wa saa za quartz na atomiki alikuwa mwanafizikia wa Kiingereza wa majaribio Essen Lewis (1908-1997). Mnamo 1955, aliunda kiwango cha kwanza cha mzunguko wa atomiki (wakati) kwenye boriti ya atomi ya cesium. Kama matokeo ya kazi hii, miaka 3 baadaye (1958) huduma ya wakati iliibuka kulingana na kiwango cha masafa ya atomiki.

Katika USSR, Msomi Nikolai Gennadievich Basov aliweka maoni yake ya kuunda saa za atomiki.

Kwa hiyo, saa ya atomiki, mojawapo ya aina kamili za saa ni kifaa cha kupimia wakati, ambapo mizunguko ya asili ya atomi au molekuli hutumiwa kama pendulum. Utulivu wa saa za atomiki ni bora kati ya aina zote zilizopo za saa, ambayo ni ufunguo wa usahihi wa juu zaidi. Jenereta ya saa ya atomiki hutoa zaidi ya mipigo 32,768 kwa sekunde, tofauti na saa za kawaida. Oscillations ya atomi haitegemei joto la hewa, vibrations, unyevu na mambo mengine mengi ya nje.

Katika ulimwengu wa kisasa, wakati urambazaji ni wa lazima, saa za atomiki zimekuwa wasaidizi wa lazima. Wana uwezo wa kuamua eneo la chombo, satelaiti, kombora la ballistic, ndege, manowari, gari moja kwa moja kupitia mawasiliano ya satelaiti.

Kwa hiyo, kwa miaka 50 iliyopita, saa za atomiki, au tuseme saa za cesium, zimezingatiwa kuwa sahihi zaidi. Kwa muda mrefu zimetumiwa na huduma za kuweka wakati, na ishara za wakati pia hutangazwa na baadhi ya vituo vya redio.

Kifaa cha saa ya atomiki kinajumuisha sehemu 3:

kibaguzi wa kiasi,

oscillator ya quartz,

tata ya umeme.

Oscillator ya quartz inazalisha mzunguko (5 au 10 MHz). Oscillator ni jenereta ya redio ya RC, ambayo njia za piezoelectric za kioo cha quartz hutumiwa kama kipengele cha resonant, ambapo atomi ambazo zimebadilisha hali (+) hadi (-) hulinganishwa. Ili kuongeza utulivu, mzunguko wake ni daima. ikilinganishwa na oscillations ya kibaguzi wa quantum (atomi au molekuli) . Wakati kuna tofauti katika oscillations, umeme hurekebisha mzunguko wa oscillator ya quartz hadi sifuri, na hivyo kuongeza utulivu na usahihi wa saa kwa kiwango cha taka.

Katika ulimwengu wa sasa, saa za atomiki zinaweza kutengenezwa katika nchi yoyote duniani kwa matumizi ya kila siku. Wao ni ndogo sana kwa ukubwa na nzuri. Saizi ya mpya ya saa za atomiki sio zaidi ya kisanduku cha mechi na matumizi yao ya chini ya nishati ni chini ya wati 1. Na hii sio kikomo, labda katika siku zijazo maendeleo ya teknolojia yatafikia simu za mkononi. Wakati huo huo, saa za atomiki za kompakt huwekwa tu kwenye makombora ya kimkakati ili kuongeza usahihi wa urambazaji mara nyingi.

Leo, saa za atomiki za wanaume na wanawake kwa kila ladha na bajeti zinaweza kununuliwa katika maduka ya mtandaoni.

Mnamo 2011, saa ndogo zaidi ya atomiki ulimwenguni iliundwa na Symmetricom na Maabara ya Kitaifa ya Sandia. Saa hii imeshikana mara 100 zaidi ya matoleo ya awali yanayopatikana kibiashara. Ukubwa wa kronomita ya atomiki si kubwa kuliko kisanduku cha kiberiti. Inahitaji mW 100 ya nguvu kufanya kazi, ambayo ni mara 100 chini ya watangulizi wake.

Iliwezekana kupunguza ukubwa wa saa kwa kufunga badala ya chemchemi na gia utaratibu unaofanya kazi kwa kanuni ya kuamua mzunguko wa mawimbi ya umeme iliyotolewa na atomi za cesium chini ya ushawishi wa boriti ya laser ya nguvu isiyo na maana.

Saa kama hizo hutumiwa katika urambazaji, na pia katika kazi ya wachimbaji, wapiga mbizi, ambapo inahitajika kusawazisha kwa usahihi wakati na wenzako kwenye uso, na vile vile huduma sahihi za wakati, kwa sababu kosa la saa za atomiki ni chini ya sehemu 0.000001. ya pili kwa siku. Gharama ya saa ndogo ya atomiki ya Symmetricom iliyovunja rekodi ilikuwa takriban $1,500.

Mwangaza unapozimika na kuwaka tena baadaye kidogo, unajuaje saa inapaswa kuwekwa saa ngapi? Ndiyo, nazungumzia saa za kielektroniki, ambazo huenda wengi wetu tunazo. Umewahi kufikiria jinsi wakati unavyodhibitiwa? Katika nakala hii, tutajifunza yote juu ya saa za atomiki na jinsi zinavyofanya ulimwengu wote kuwa sawa.

Je, saa za atomiki ni za mionzi?

Saa za atomiki huonyesha wakati vizuri zaidi kuliko saa nyingine yoyote. Wanasema wakati bora kuliko mzunguko wa Dunia na harakati za nyota. Bila saa za atomiki, urambazaji wa GPS haungewezekana, Mtandao haungesawazishwa, na mahali pa sayari haingejulikana kwa usahihi wa kutosha kwa uchunguzi wa nafasi na magari.

Saa za atomiki hazina mionzi. Hawategemei kuoza kwa atomiki. Kwa kuongezea, wana chemchemi, kama saa za kawaida. Tofauti kubwa kati ya saa za kawaida na saa za atomiki ni kwamba oscillations katika saa za atomiki hutokea kwenye kiini cha atomi kati ya elektroni zinazozunguka. Mizunguko hii haiwezi kuitwa sambamba na gurudumu la kusawazisha katika saa inayopinda, lakini aina zote mbili za msisimko zinaweza kutumika kufuatilia muda unaopita. Mzunguko wa oscillation ndani ya atomi imedhamiriwa na wingi wa kiini, mvuto, na "spring" ya umeme kati ya chaji chanya ya kiini na wingu la elektroni karibu nayo.

Je, tunajua aina gani za saa za atomiki?

Leo kuna aina tofauti za saa za atomiki, lakini zimejengwa kwa kanuni sawa. Tofauti kuu ni kuhusiana na kipengele na njia za kuchunguza mabadiliko katika kiwango cha nishati. Kati ya aina tofauti za saa za atomiki, kuna zifuatazo:

Saa za atomiki za Cesium kwa kutumia mihimili ya atomi za cesium. Saa hutenganisha atomi za cesium zilizo na viwango tofauti vya nishati na uga wa sumaku.
Saa ya atomiki ya hidrojeni huweka atomi za hidrojeni katika kiwango sahihi cha nishati katika chombo ambacho kuta zake zimeundwa kwa nyenzo maalum, ili atomi zipoteze hali yao ya juu ya nishati haraka sana.
Saa za atomiki za Rubidium, rahisi zaidi na ngumu zaidi kuliko zote, hutumia seli ya glasi iliyojaa gesi ya rubidium.

Saa sahihi zaidi za atomiki leo hutumia atomi ya cesium na uga wa sumaku wa kawaida wenye vigunduzi. Kwa kuongeza, atomi za cesium zimezuiliwa na mihimili ya laser, ambayo inapunguza mabadiliko madogo ya mzunguko kutokana na athari ya Doppler.

Je, saa za atomiki zenye msingi wa cesium hufanyaje kazi?

Atomi zina mzunguko wa mtetemo wa tabia. Mfano unaojulikana wa masafa ni mng'ao wa chungwa wa sodiamu katika chumvi ya meza unapotupwa kwenye moto. Atomu ina masafa mengi tofauti, baadhi katika masafa ya redio, baadhi katika wigo unaoonekana, na baadhi katikati. Cesium-133 mara nyingi huchaguliwa kwa saa za atomiki.

Ili kusababisha mwangwi wa atomi za cesium katika saa ya atomiki, mojawapo ya mipito, au masafa ya resonant, lazima ipimwe kwa usahihi. Kawaida hii inafanywa kwa kuzuia oscillator ya fuwele katika resonance ya msingi ya microwave ya atomi ya cesium. Ishara hii iko katika safu ya microwave ya wigo wa masafa ya redio na ina masafa sawa na mawimbi kutoka kwa satelaiti za utangazaji wa moja kwa moja. Wahandisi wanajua jinsi ya kuunda vifaa vya eneo hili la wigo, hadi maelezo madogo zaidi.

Ili kuunda saa, cesium huwashwa kwanza ili atomi zivuke na kupita kwenye bomba la utupu wa juu. Kwanza, hupitia shamba la sumaku, ambalo huchagua atomi na hali ya nishati inayotaka; kisha wanapita kwenye uwanja mkali wa microwave. Mzunguko wa nishati ya microwave huruka nyuma na mbele katika bendi nyembamba ya masafa, ili wakati fulani kufikia mzunguko wa 9,192,631,770 hertz (Hz, au mizunguko kwa sekunde). Upeo wa oscillator ya microwave tayari iko karibu na mzunguko huu, kwa vile huzalishwa na oscillator sahihi ya kioo. Wakati atomi ya cesium inapokea nishati ya microwave ya mzunguko unaohitajika, inabadilisha hali yake ya nishati.

Mwishoni mwa bomba, uwanja mwingine wa sumaku hutenganisha atomi, ambazo zimebadilisha hali yao ya nishati ikiwa uwanja wa microwave ulikuwa kwenye mzunguko sahihi. Kigunduzi kilicho mwishoni mwa bomba hutoa pato sawia na idadi ya atomi za cesium zilizoigonga, na hufika kilele wakati masafa ya microwave ni kweli vya kutosha. Ishara hii ya kilele inahitajika kwa marekebisho ili kuleta oscillator ya kioo, na hivyo uwanja wa microwave, kwa mzunguko unaohitajika. Masafa haya yaliyofungwa kisha hugawanywa na 9,192,631,770 ili kutoa mshindo mmoja unaojulikana kwa sekunde ambao ulimwengu halisi unahitaji.

Saa ya atomiki iligunduliwa lini?

Mnamo 1945, profesa wa fizikia wa Chuo Kikuu cha Columbia Isidore Rabi alipendekeza saa ambayo inaweza kutengenezwa kwa kutumia mbinu zilizotengenezwa katika miaka ya 1930. Iliitwa boriti ya atomiki ya sumaku. Kufikia 1949, Ofisi ya Kitaifa ya Viwango ilitangaza kuundwa kwa saa ya kwanza ya atomiki duniani kulingana na molekuli ya amonia, mitetemo ambayo ilisomwa, na kufikia 1952, ilikuwa imeunda saa ya kwanza ya atomiki duniani kulingana na atomi za cesium, NBS-1. .

Mnamo 1955, Maabara ya Kitaifa ya Kimwili nchini Uingereza ilijenga saa ya kwanza kwa kutumia boriti ya cesium kama chanzo cha kurekebisha. Katika muongo uliofuata, saa za hali ya juu zaidi ziliundwa. Mnamo 1967, wakati wa Mkutano Mkuu wa 13 wa Uzito na Vipimo, pili ya SI iliamuliwa kulingana na mitetemo katika atomi ya cesium. Hakukuwa na ufafanuzi bora zaidi katika mfumo wa kutunza muda wa dunia kuliko huu. NBS-4, saa ya cesium iliyo imara zaidi duniani, ilikamilika mwaka wa 1968 na ilikuwa inatumika hadi 1990.

Saa za atomiki zenye usahihi wa hali ya juu ambazo hufanya makosa ya sekunde moja katika miaka milioni 300. Saa hii, ambayo ilichukua nafasi ya mtindo wa zamani ambao ulikuwa na hitilafu ya sekunde moja katika miaka milioni mia moja, sasa inaweka kiwango cha muda wa kiraia wa Marekani. Lenta.ru iliamua kukumbuka historia ya uumbaji wa saa za atomiki.

Atomu ya kwanza

Ili kuunda saa, inatosha kutumia mchakato wowote wa mara kwa mara. Na historia ya kuibuka kwa vyombo vya kupimia wakati ni sehemu ya historia ya kuibuka kwa vyanzo vipya vya nishati au mifumo mipya ya oscillatory inayotumika kwenye saa. Saa rahisi zaidi labda ni saa ya jua, inayohitaji jua tu na kitu cha kutupa kivuli kufanya kazi. Hasara za njia hii ya kuamua wakati ni dhahiri. Maji na glasi za saa sio bora pia: zinafaa tu kwa kupima muda mfupi.

Saa ya zamani zaidi ya mitambo ilipatikana mwaka wa 1901 karibu na kisiwa cha Antikythera kwenye meli iliyozama katika Bahari ya Aegean. Zina takriban gia 30 za shaba kwenye kipochi cha mbao chenye ukubwa wa sentimeta 33 kwa 18 kwa 10 na ni cha nyuma karibu 100 KK.

Kwa karibu miaka elfu mbili, saa za mitambo zimekuwa sahihi zaidi na za kuaminika. Kuonekana mnamo 1657 kwa kazi ya kitamaduni ya Christian Huygens "Pendulum Clock" ("Horologium oscillatorium, sive de motu pendulorum an horologia aptato demonstrationes geometrica") ikiwa na maelezo ya kifaa cha marejeleo ya wakati chenye pendulum kama mfumo wa kuzunguka, labda ilikuwa apogee katika historia ya maendeleo ya vifaa vya mitambo ya aina hii.

Hata hivyo, wanaastronomia na mabaharia bado walitumia anga na ramani zenye nyota ili kujua mahali zilipo na wakati hususa. Saa ya kwanza ya umeme iligunduliwa mnamo 1814 na Francis Ronalds. Walakini, chombo cha kwanza kama hicho hakikuwa sahihi kwa sababu ya unyeti wake kwa mabadiliko ya joto.

Historia zaidi ya saa imeunganishwa na matumizi ya mifumo tofauti ya oscillatory kwenye vifaa. Ilianzishwa mwaka wa 1927 na wafanyakazi wa Bell Labs, saa za quartz zilitumia mali ya piezoelectric ya kioo cha quartz: wakati umeme wa sasa unatumiwa kwa hiyo, kioo huanza kupungua. Chronometers za kisasa za quartz zinaweza kufikia usahihi wa hadi sekunde 0.3 kwa mwezi. Hata hivyo, kwa kuwa quartz inakabiliwa na kuzeeka, baada ya muda saa inakuwa sahihi sana.

Pamoja na maendeleo ya fizikia ya atomiki, wanasayansi walipendekeza kutumia chembe za suala kama mifumo ya oscillatory. Hivi ndivyo saa ya kwanza ya atomiki ilionekana. Wazo la kutumia mitetemo ya atomiki ya hidrojeni kupima wakati lilipendekezwa nyuma mnamo 1879 na mwanafizikia wa Kiingereza Lord Kelvin, lakini hii iliwezekana tu katikati ya karne ya 20.

Utoaji wa uchoraji na Hubert von Herkomer (1907)

Katika miaka ya 1930, mwanafizikia wa Marekani na mgunduzi wa resonance ya sumaku ya nyuklia, Isidore Rabi, alianza kufanya kazi kwenye saa za atomiki za cesium-133, lakini kuzuka kwa vita kulimzuia. Tayari baada ya vita, mnamo 1949, saa ya kwanza ya Masi kwa kutumia molekuli za amonia iliundwa katika Kamati ya Kitaifa ya Viwango ya Amerika na ushiriki wa Harold Lyonson. Lakini vyombo hivyo vya kwanza vya kupimia wakati havikuwa sahihi kama saa za atomiki za kisasa.

Usahihi wa chini ulitokana na ukweli kwamba kutokana na mwingiliano wa molekuli za amonia kwa kila mmoja na kwa kuta za chombo ambacho dutu hii ilikuwa iko, nishati ya molekuli ilibadilika na mistari yao ya spectral iliongezeka. Athari hii ni sawa na msuguano katika saa ya mitambo.

Baadaye, mnamo 1955, Louis Esssen wa Maabara ya Kitaifa ya Kimwili ya Uingereza alianzisha saa ya kwanza ya caesium-133. Saa hii ilikusanya kosa la sekunde moja katika miaka milioni. Kifaa hicho kiliitwa NBS-1 na kilianza kuzingatiwa kuwa kiwango cha frequency cha cesium.

Mchoro wa mzunguko wa saa ya atomiki una oscillator ya fuwele inayodhibitiwa na kibaguzi wa maoni. Oscillator hutumia mali ya piezoelectric ya quartz, wakati kibaguzi hutumia mitetemo ya nishati ya atomi, ili mitetemo ya quartz ifuatiliwe na ishara kutoka kwa mabadiliko kutoka kwa viwango tofauti vya nishati katika atomi au molekuli. Kati ya jenereta na kibaguzi kuna fidia iliyopangwa kwa mzunguko wa vibrations ya atomiki na kulinganisha na mzunguko wa vibration ya kioo.

Atomi zinazotumiwa katika saa lazima zitoe mitetemo thabiti. Kila mzunguko wa mionzi ya umeme ina atomi zake: kalsiamu, strontium, rubidium, cesium, hidrojeni. Au hata molekuli za amonia na iodini.

kiwango cha wakati

Pamoja na ujio wa vyombo vya kupimia wakati wa atomiki, iliwezekana kuzitumia kama kiwango cha ulimwengu cha kuamua cha pili. Tangu 1884, wakati wa Greenwich, unaozingatiwa kiwango cha ulimwengu, umechukua nafasi kwa kiwango cha saa za atomiki. Mnamo 1967, kwa uamuzi wa Mkutano Mkuu wa 12 wa Uzani na Vipimo, sekunde moja ilifafanuliwa kama muda wa vipindi 9192631770 vya mionzi inayolingana na mpito kati ya viwango viwili vya hyperfine ya hali ya chini ya atomi ya cesium-133. Ufafanuzi huu wa sekunde hautegemei vigezo vya unajimu na unaweza kutolewa tena mahali popote kwenye sayari. Cesium-133, inayotumika katika saa ya kawaida ya atomiki, ndiyo isotopu pekee thabiti ya cesium yenye wingi wa 100% duniani.

Saa za atomiki pia hutumiwa katika mfumo wa urambazaji wa satelaiti; ni muhimu kuamua wakati halisi na kuratibu za satelaiti. Kwa hivyo, kila satelaiti ya mfumo wa GPS ina seti nne za saa kama hizo: rubidium mbili na cesium mbili, ambayo hutoa usahihi wa maambukizi ya ishara ya nanoseconds 50. Satelaiti za Kirusi za mfumo wa GLONASS pia zina vifaa vya kupimia wakati wa cesium na rubidiamu, na satelaiti za mfumo wa uwekaji jiografia wa Ulaya Galileo zina vifaa vya hidrojeni na rubidium.

Usahihi wa saa za hidrojeni ni za juu zaidi. Ni nanosekunde 0.45 ndani ya masaa 12. Inaonekana kwamba kutumia saa hizo sahihi na Galileo kutaleta mfumo huu wa urambazaji katika 2015, wakati satelaiti zake 18 zitakuwa katika obiti.

Saa ya atomiki iliyoshikamana

Hewlett-Packard ilikuwa kampuni ya kwanza kuunda saa ya atomiki ya kompakt. Mnamo 1964, aliunda kifaa cha cesium cha HP 5060A, saizi ya koti kubwa. Kampuni iliendelea kukuza mwelekeo huu, lakini tangu 2005 imeuza kitengo chake cha saa ya atomiki kwa Symmetricom.

Mnamo mwaka wa 2011, Maabara ya Draper na Maabara ya Kitaifa ya Sandia yalibuniwa na Symmetricom ilitoa saa ya kwanza ya atomiki ya Quantum. Wakati wa kuachiliwa, ziligharimu karibu dola elfu 15, zimefungwa kwenye kesi iliyofungwa yenye kipimo cha 40 kwa 35 na milimita 11 na uzani wa gramu 35. Nguvu ya matumizi ya saa ilikuwa chini ya milliwati 120. Hapo awali, zilitengenezwa kwa agizo la Pentagon na zilikusudiwa kutumikia mifumo ya urambazaji ambayo inafanya kazi bila mifumo ya GPS, kwa mfano, chini ya maji au ardhi.

Tayari mwishoni mwa 2013, kampuni ya Amerika ya Bathys Hawaii ilianzisha saa ya kwanza ya "mkono" wa atomiki. Wanatumia chipu ya SA.45s iliyotengenezwa na Symmetricom kama sehemu kuu. Ndani ya chip ni capsule yenye cesium-133. Muundo wa saa pia unajumuisha seli za picha na leza yenye nguvu kidogo. Mwisho hutoa inapokanzwa kwa cesium ya gesi, kama matokeo ya ambayo atomi zake huanza kusonga kutoka ngazi moja ya nishati hadi nyingine. Kipimo cha wakati kinafanywa tu kwa kurekebisha mpito kama huo. Gharama ya kifaa kipya ni karibu dola elfu 12.

Mwelekeo kuelekea miniaturization, uhuru na usahihi itasababisha ukweli kwamba katika siku za usoni kutakuwa na vifaa vipya kwa kutumia saa za atomiki katika maeneo yote ya maisha ya binadamu, kutoka kwa utafiti wa anga juu ya satelaiti zinazozunguka na vituo hadi maombi ya ndani katika mifumo ya ndani na ya mkono.