akuklev: (Свечка и валокардин)
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.

December 2016

S M T W T F S
    123
456789 10
11121314151617
18192021222324
25262728293031

Syndicate

RSS Atom

Page Summary

Style Credit

Expand Cut Tags

No cut tags
Page generated Jul. 20th, 2017 10:32 pm
Powered by Dreamwidth Studios