Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Чтобы узнать о часах, обновляемых с помощью радиосигналов, которые иногда неправильно называют «атомными часами», см. Радиочасы . Чтобы узнать о часах как мера риска катастрофического разрушения, см. Часы Судного дня . По другим темам см. Атомные часы (значения) .

Атомные часы
FOCS-1.jpg
FOCS 1, атомные часы с непрерывным холодным цезиевым фонтаном в Швейцарии, начали работать в 2004 году с погрешностью в одну секунду из 30 миллионов лет.
КлассификацияЧасы
ПромышленностьТелекоммуникации , наука
ЗаявлениеTAI , спутниковая навигация
Источник топливаЭлектричество
Работаетда
Главный ансамбль атомных часов в Военно-морской обсерватории США в Вашингтоне, округ Колумбия , который обеспечивает эталон времени для Министерства обороны США. [1] Установленные в стойке блоки на заднем плане - это цезиевые лучевые часы Microsemi (ранее HP) 5071A. Черные блоки на переднем плане - это стандарты водородных мазеров Microsemi (ранее Sigma-Tau) MHM-2010.

Атомные часы являются часами , чей хронометраж механизм основан на взаимодействии электромагнитного излучения с возбужденными состояниями некоторых атомов . В частности, либо сверхтонкий переход в микроволновом диапазоне , либо переход электрона в оптической или ультрафиолетовой области спектра излучения атома используется в качестве стандарта частоты для элемента хронометража. Атомные часы - это самые точные из известных стандартов времени и частоты, которые используются в качестве основных эталонов.для служб международного распределения времени , чтобы контролировать частоту волн телевизионных передач, а также в глобальных навигационных спутниковых системах, таких как GPS .

Принцип работы атомных часов основан на атомной физике ; он измеряет электромагнитный сигнал, который излучают электроны в атомах, когда они меняют уровни энергии . Ранние атомные часы были основаны на мазерах при комнатной температуре. С 2004 года более точные атомные часы сначала охлаждают атомы до температуры, близкой к абсолютному нулю , замедляя их с помощью лазеров и исследуя их в атомных фонтанах в резонаторе, заполненном микроволновым излучением. Примером этого являются атомные часы NIST-F1 , один из национальных основных стандартов времени и частоты США.

Точность атомных часов зависит от двух факторов: первый - это температура атомов образца - более холодные атомы движутся намного медленнее, что позволяет увеличить время измерения, второй - частота и собственная ширина линии электронного или сверхтонкого перехода. Более высокие частоты и узкие линии увеличивают точность.

Национальные агентства по стандартизации во многих странах поддерживают сеть атомных часов, которые сравниваются и синхронизируются с точностью до 10 -9 секунд в день (примерно 1 часть из 10 14 ). Эти часы в совокупности определяют непрерывную и стабильную шкалу времени, Международное атомное время (TAI). Для гражданского времени используется другая шкала времени - всемирное координированное время (UTC). UTC получено из TAI, но добавлены дополнительные секунды из UT1 , чтобы учесть вариации вращения Земли относительно солнечного времени .

История [ править ]

Луи Эссен (справа) и Джек Парри (слева) рядом с первыми в мире атомными часами с цезием-133

Идея использования атомных переходов для измерения времени была предложена лордом Кельвином в 1879 году. [2] Магнитный резонанс , разработанный в 1930-х годах Исидором Раби , стал практическим методом для этого. [3] В 1945 году Раби впервые публично предположил, что магнитный резонанс атомного пучка может быть использован в качестве основы для часов. [4] Первыми атомными часами были устройство линии поглощения аммиака на 23870,1 МГц, построенное в 1949 году Национальным бюро стандартов США (NBS, ныне NIST ). Они были менее точными, чем существующие кварцевые часы , но служили для демонстрации концепции. [5]Первые точные атомные часы, эталон цезия, основанный на определенном переходе атома цезия-133 , были построены Луи Эссеном и Джеком Парри в 1955 году в Национальной физической лаборатории Великобритании. [6] [7] Калибровка стандартных атомных часов цезия проводилась с использованием астрономической шкалы эфемерид времени (ET). [8] В 1967 году это побудило научное сообщество пересмотреть определение второго с точки зрения конкретной атомной частоты. Равенство секунды ET и секунды SI (атомных часов) было проверено с точностью до 1 части из 10 10 . [9]Таким образом, секунда SI наследует эффект решений первоначальных разработчиков временной шкалы эфемерид , определяя длину секунды ET.

С начала разработки в 1950-х годах атомные часы основывались на сверхтонких переходах в водороде-1 , цезии-133 и рубидии-87 . Первыми коммерческими атомными часами были Атомихрон , произведенные Национальной компанией . В период с 1956 по 1960 год было продано более 50 штук. Этот громоздкий и дорогой инструмент был впоследствии заменен гораздо меньшими по размеру устройствами, монтируемыми в стойку, такими как цезиевый эталон частоты модели 5060 компании Hewlett-Packard , выпущенный в 1964 году [3].

В конце 1990-х годов четыре фактора способствовали значительному развитию часов: [10]

  • Лазерное охлаждение и захват атомов
  • Так называемые высокоточные резонаторы Фабри – Перо для узкой ширины лазерной линии.
  • Прецизионная лазерная спектроскопия
  • Удобный подсчет оптических частот с помощью оптических гребенок .
Ожидается, что атомные часы с микрочипом, такие как представленные в 2004 году, значительно улучшат определение местоположения по GPS .

В августе 2004 года ученые NIST продемонстрировали атомные часы в масштабе микросхемы . [11] По словам исследователей, размер часов составлял одну сотую размера любых других. Она требует не более 125  мВт , [12] делает его пригодным для батареи с приводом приложений. Эта технология стала коммерчески доступной в 2011 году. [12] Экспериментальные оптические часы с ионной ловушкой более точны, чем текущий цезиевый стандарт.

В апреле 2015 года НАСА объявило, что планирует развернуть в открытом космосе сверхточные атомные часы с атомными часами глубокого космоса (DSAC) - миниатюрные сверхточные атомные часы с ионами ртути. НАСА заявило, что DSAC будет намного более стабильным, чем другие навигационные часы. [13]

Механизм [ править ]

С 1968 года Международная система единиц (СИ) определяет второй как продолжительность 9 192 631 770  циклов излучения, соответствующих переходу между двумя энергетическими уровнями основного состояния атома цезия-133 . В 1997 году Международный комитет мер и весов (CIPM) добавил, что предыдущее определение относится к атому цезия в состоянии покоя при температуре абсолютного нуля . [14]

Это определение делает цезиевый осциллятор основным эталоном для измерения времени и частоты, называемым цезиевым эталоном . Определения других физических единиц, например, вольта и счетчика , основаны на определении секунды. [15]

В этой конкретной конструкции отсчет времени атомных часов состоит из электронного генератора, работающего на микроволновой частоте. Генератор устроен так, что его компоненты, определяющие частоту, включают в себя элемент, которым можно управлять с помощью сигнала обратной связи. Сигнал обратной связи поддерживает настройку генератора в резонансе с частотой сверхтонкого перехода цезия или рубидия.

Ядром радиочастотных атомных часов является настраиваемый микроволновый резонатор, содержащий газ. В водородных мазерных часах газ излучает микроволны (газовые мази ) на сверхтонком переходе, поле в резонаторе колеблется, и резонатор настроен на максимальную микроволновую амплитуду. В качестве альтернативы, в цезиевых или рубидиевых часах луч или газ поглощают микроволны, а полость содержит электронный усилитель, заставляющий его колебаться. Для обоих типов атомы в газе подготавливаются в одном сверхтонком состоянии перед заполнением ими полости. Для второго типа определяется количество атомов, которые изменяют сверхтонкое состояние, и резонатор настраивается на максимум обнаруженных изменений состояния.

Большая часть сложности часов заключается в этом процессе настройки. Регулировка пытается исправить нежелательные побочные эффекты, такие как частоты от других электронных переходов, изменения температуры и разброс частот, вызванный эффектами ансамбля . [ требуется пояснение ] Один из способов сделать это - развернуть частоту микроволнового генератора в узком диапазоне для генерации модулированного сигнала на детекторе. Затем сигнал детектора может быть демодулирован.применить обратную связь для управления долгосрочным дрейфом радиочастоты. Таким образом, квантово-механические свойства частоты атомного перехода цезия могут быть использованы для настройки микроволнового генератора на ту же частоту, за исключением небольшой экспериментальной ошибки. Когда часы включаются впервые, генератору требуется время для стабилизации. На практике механизм обратной связи и мониторинга намного сложнее.

Историческая точность атомных часов от NIST

Ряд других схем атомных часов, используемых для других целей. Стандартные часы с рубидием ценятся за их невысокую стоимость, небольшой размер (коммерческие эталоны всего 17 см 3 ) [12] и кратковременную стабильность. Они используются во многих коммерческих, портативных и аэрокосмических приложениях. Водородные мазеры (часто производимые в России) имеют более высокую краткосрочную стабильность по сравнению с другими стандартами, но более низкую долговременную точность.

Часто один стандарт используется для исправления другого. Например, в некоторых коммерческих приложениях используется эталон рубидия, который периодически корректируется приемником глобальной системы позиционирования (см. Дисциплинированный осциллятор GPS ). Это обеспечивает превосходную краткосрочную точность с долгосрочной точностью, равной (и отслеживаемой) национальными стандартами времени США.

Срок службы стандарта - важный практический вопрос. Современные стандартные рубидиевые трубки служат более десяти лет и могут стоить всего 50 долларов США. [ необходима цитата ] Цезиевые эталонные трубки, подходящие для национальных стандартов, в настоящее время служат около семи лет и стоят около 35 000 долларов США. Долговременная стабильность водородных мазерных эталонов снижается из-за изменений свойств резонатора с течением времени.

Современные часы используют магнитооптические ловушки для охлаждения атомов с целью повышения точности.

Потребляемая мощность [ править ]

Энергопотребление атомных часов зависит от их размера. Атомным часам в масштабе одного чипа требуется менее 30 милливатт ; [16] Первичные стандарты частоты и времени, такие как атомные часы американского стандарта времени, NIST-F1 и NIST-F2, используют гораздо более высокую мощность. [11] [17]

Оценка точности [ править ]

Отчеты с оцененной точностью u B различных первичных стандартов частоты и времени публикуются в Интернете Международным бюро мер и весов (BIPM). Несколько групп стандартов частоты и времени по состоянию на 2015 год сообщили о значениях u B в диапазоне от 2 × 10 −16 до 3 × 10 −16 . [18]

В 2011 году цезиевые фонтанные часы NPL-CsF2, эксплуатируемые Национальной физической лабораторией (NPL) , которые служат в качестве основного стандарта частоты и времени Соединенного Королевства, были улучшены в отношении двух крупнейших источников погрешностей измерений - фазы распределенного резонатора и частоты линзирования микроволн. сдвиги. В 2011 году это привело к уменьшению оцененной неопределенности частоты с u B = 4,1 × 10 −16 до u B = 2,3 × 10 −16 - самого низкого значения для любого первичного национального стандарта в то время. [19] При такой неопределенности частоты ожидается, что NPL-CsF2 ни выиграет, ни потеряет секунду примерно из 138 миллионов ( 138 × 10 6) годы. [20] [21] [22]

Физики NIST Стив Джеффертс (на переднем плане) и Том Хевнер с атомными часами с цезиевым фонтаном NIST-F2, гражданским стандартом времени в США.

NIST-F2 фонтан цезий часы управляется Национальным институтом стандартов и технологий (NIST) , был официально запущен в апреле 2014 года, чтобы служить в качестве новой гражданской частоты и времени США стандарт, наряду с NIST-F1 стандарта. Планируемый уровень производительности u B NIST-F2 составляет 1 × 10 −16 . [23] «На этом запланированном уровне производительности часы NIST-F2 не потеряют ни секунды по крайней мере через 300 миллионов лет». [24]NIST-F2 был разработан с использованием уроков, извлеченных из NIST-F1. Ключевым преимуществом NIST-F2 по сравнению с NIST-F1 является то, что вертикальная пролетная труба теперь охлаждается внутри контейнера с жидким азотом при температуре –193 ° C (–315,4 ° F). Это циклическое охлаждение значительно снижает фоновое излучение и, таким образом, уменьшает некоторые из очень малых ошибок измерения, которые необходимо исправить в NIST-F1. [25] [26]

Первая внутренняя оценка точности NIST-F2 показала, что u B составляет 1,1 × 10 −16 . [27] Однако опубликованная научная критика этой оценки точности NIST F-2 описывала проблемы в его обработке распределенных фазовых сдвигов резонатора и сдвига частоты микроволнового линзирования, [28] который трактуется значительно иначе, чем в большинстве точных фонтанных часов. оценки. В следующем представлении NIST-F2 в BIPM в марте 2015 г. снова сообщалось, что u B составляет 1,5 × 10 −16 , [29]но не обратил внимания на постоянную критику. Ни последующих отчетов для BIPM от NIST-F2, ни обновленной оценки точности не публиковалось.

По запросу итальянской организации по стандартизации NIST изготовил множество дублирующих компонентов для второй версии NIST-F2, известной как IT-CsF2, которая будет эксплуатироваться Istituto Nazionale di Ricerca Metrologica (INRiM), партнером NIST в Турине, Италия. По состоянию на февраль 2016 года ИТ-CsF2 фонтан цезия часы начали сообщать о ˙U B в 1,7 × 10 -16 в МБАХ отчетах оценки первичных эталонов частоты. [30] [31]

Исследование [ править ]

Атомные часы с цезием 1975 года (верхний блок) и резервная батарея (нижний блок) [32]
Экспериментальные оптические часы на основе стронция

Большинство исследований сосредоточено на часто противоречащих друг другу целях: сделать часы меньше, дешевле, портативнее, энергоэффективнее, точнее , стабильнее и надежнее. [33] Часы ансамбль Atomic в пространстве является примером часов исследований. [34] [35]

Вторичные представления второго [ править ]

Список частот, рекомендуемых для вторичного представления второго, поддерживается Международным бюро мер и весов (BIPM) с 2006 г. и доступен в Интернете . Список содержит значения частот и соответствующие стандартные погрешности для микроволнового перехода рубидия и для нескольких оптических переходов. Эти вторичные стандарты частоты точны на уровне частей в 10 −18 ; Однако, неопределенность , приведенная в списке находится в диапазоне частей в 10 -14 - 10 -15 , поскольку они ограничены связующий с первичным стандартом цезия , который в настоящее время (2015) определяет второе.

Типрабочая частота
в Гц		относительное отклонение Аллана
типичные часы
133 Cs9 192 631 770 по определению [36]10 −13
87 руб.6 834 682 610.904 324 [37]10 −12
1 ч1 420 405 751.7667 [38] [39]10 −15
Оптические часы ( 87 Sr )429 228 004 229 873.4 [40]10 −17

Для контекста фемтосекунда (1 × 10 −15  с ) с точностью до секунды равна примерно 31,71 миллиону секунд (31,71 × 10 6 ) лет и аттосекунда (1 × 10 −18  с ) составляет с точностью до секунды, что составляет около 31,71 миллиарда секунд (31,71 × 10 9 ) лет.

Экспериментальные атомные часы XXI века, которые обеспечивают вторичные представления секунд, не основанные на цезии, становятся настолько точными, что их, вероятно, будут использовать в качестве чрезвычайно чувствительных детекторов для других вещей, помимо измерения частоты и времени. Например, частота атомных часов немного изменяется под действием силы тяжести, магнитных полей, электрических полей, силы, движения, температуры и других явлений. Экспериментальные часы, как правило, продолжают совершенствоваться, а лидерство в производительности смещается между различными типами экспериментальных часов.

Квантовые часы [ править ]

Дополнительная информация: Квантовые часы.

В марте 2008 года физика в NIST описала квантовые логические часы на основе отдельных ионов из бериллия и алюминия . Эти часы сравнивали с NIST по ртути ионов часов. Это были самые точные часы из всех, что когда-либо были построены, без того, чтобы часы показывали и не теряли время со скоростью, превышающей секунду за миллиард лет. [41] В феврале 2010 года NIST физика описала вторую, улучшенную версию квантовой логики часы на основе индивидуальных ионов из магния и алюминия . В 2010 году считались самыми точными часами в мире с погрешностью дробной части8,6 × 10 −18 , это более чем в два раза превышает точность оригинала. [42] [43] В июле 2019 года ученые NIST продемонстрировали такие часы Al + Quantum-Logic с общей неопределенностью 9,4 × 10 −19 , что является первой демонстрацией таких часов с неопределенностью ниже 10 −18 . [44] [45] [46] [47]

С тех пор точность экспериментальных квантовых часов была заменена экспериментальными часами на оптической решетке на основе стронция-87 и иттербия-171 .

Оптические часы [ править ]

Май 2009 г. - Оптические атомные часы на основе стронция JILA основаны на нейтральных атомах. Посветив синим лазером ультрахолодные атомы стронция в оптической ловушке, можно проверить, насколько эффективно предыдущая вспышка света красного лазера перевела атомы в возбужденное состояние. Только те атомы, которые остаются в более низком энергетическом состоянии, реагируют на синий лазер, вызывая наблюдаемую здесь флуоресценцию. [48]

Теоретический переход от микроволн , как атомный «спуском» для часов света в оптическом диапазоне (труднее измерить , но предлагает более высокую производительность) заработал John L. Hall и Theodor W. Хэнш Нобелевской премии по физике в 2005 году один из 2012 в физике Нобелевский лауреат Дэвид Вайнленд является пионером в использовании свойств отдельного иона, удерживаемого в ловушке, для разработки часов с высочайшей стабильностью.

Новые технологии, такие как фемтосекундные частотные гребенки , оптические решетки и квантовая информация , позволили создать прототипы атомных часов следующего поколения. Эти часы основаны на оптических, а не на микроволновых переходах. Основным препятствием для разработки оптических часов является сложность прямого измерения оптических частот. Эта проблема была решена с развитием лазеров с саморегулированием и синхронизацией мод, обычно называемых фемтосекундными частотными гребенками . До демонстрации частотной гребенки в 2000 году для преодоления разрыва между радио- и оптическими частотами требовались терагерцевые методы, а системы для этого были громоздкими и сложными. С доработкой частотной гребенкиэти измерения стали намного более доступными, и в настоящее время по всему миру разрабатываются многочисленные системы оптических часов.

Как и в радиодиапазоне, абсорбционная спектроскопия используется для стабилизации генератора, в данном случае лазера. Когда оптическая частота делятся вниз на счетную радиочастоту с использованием фемтосекундной расчески , то полоса частоты от фазового шума также делится этим фактором. Хотя полоса пропускания фазового шума лазера обычно больше, чем у стабильных микроволновых источников, после разделения она меньше.

Рассматриваются следующие основные системы для использования в оптических стандартах частоты:

  • одиночные ионы, изолированные в ионной ловушке;
  • нейтральные атомы, захваченные оптической решеткой, и [49] [50]
  • атомы упакованы в трехмерную оптическую решетку квантового газа.

Эти методы позволяют надежно изолировать атомы или ионы от внешних возмущений, создавая таким образом чрезвычайно стабильную опорную частоту.

Рассматриваемые атомные системы включают Al + , Hg + / 2 + , [49] Hg , Sr , Sr + / 2 + , In + / 3 + , Mg , Ca , Ca + , Yb + / 2 + / 3 + , Yb. и Th + / 3 + . [51] [52] [53]

Одна из пары иттербиевых атомных часов с оптической решеткой, выпущенной NIST в 2013 году.

Редкоземельный элемент иттербий (Yb) ценится не столько за его механические свойства, сколько за то, что он дополняет уровни внутренней энергии. «Конкретный переход в атомах Yb на длине волны 578 нм в настоящее время обеспечивает один из самых точных в мире оптических стандартов атомной частоты», - сказала Марианна Сафронова. [54] По оценкам ученых из Объединенного квантового института (JQI) и Университета Делавэра в декабре, расчетная величина достигнутой неопределенности соответствует погрешности часов Yb около одной секунды за время жизни Вселенной, то есть 15 миллиардов лет . 2012 г.

В 2013 году было показано, что часы с оптической решеткой (OLC) не уступают цезиевым фонтанным часам или даже лучше их. Два оптических решетки часов , содержащие около 10 000 атомов от стронция-87 были в состоянии остаться в синхронности друг с другом в точности по меньшей мере 1,5 × 10 -16 , который является точным , как эксперимент можно измерить. [55] Было показано, что эти часы идут в ногу со всеми тремя часами с цезиевым фонтаном Парижской обсерватории . Есть две причины, по которым возможно лучшая точность. Во-первых, частота измеряется с помощью света, который имеет гораздо более высокую частоту, чем микроволны, а во-вторых, с использованием большого количества атомов любые ошибки усредняются. [56] Использованиеатомы иттербия-171 , новый рекорд стабильности с точностью1.6 × 10 −18 за 7-часовой период был опубликован 22 августа 2013 года. При такой стабильности два оптических решетчатых часа, работающие независимо друг от друга, используемые исследовательской группой NIST, будут отличаться менее чем на секунду в зависимости от возраста Вселенной. (13,8 × 10 9  лет ); это было в 10 раз лучше, чем в предыдущих экспериментах. В часах используется 10 000 атомов иттербия, охлажденных до 10 микрокельвинов и заключенных в оптическую решетку. Лазер с длиной волны 578 нм возбуждает атомы между двумя их энергетическими уровнями. [57] Установив стабильность часов, исследователи изучают внешние воздействия и оценивают оставшиеся систематические погрешности в надежде, что они смогут снизить точность часов до уровня их стабильности. [58] Усовершенствованные часы на оптической решетке были описаны в статье Nature 2014 года. [59] В 2015 году JILAоценили абсолютную погрешность частоты оптических решетчатых часов на основе стронция-87 в 2,1 × 10 -18 , что соответствует измеряемому гравитационному замедлению времени для изменения высоты на 2 см (0,79 дюйма) на планете Земля, что, согласно JILA / NIST Fellow Jun Йе «действительно близок к тому, чтобы быть полезным для релятивистской геодезии ». [60] [61] [62] При такой неопределенности частоты ожидается, что эти часы оптической решетки JILA не увеличат и не потеряют ни секунды за более чем 15 миллиардов ( 15 × 10 9 ) лет. [63] [64]

Трехмерные (3-D) квантовые газовые атомные часы JILA 2017 года состоят из световой сетки, образованной тремя парами лазерных лучей. Пакет из двух столов используется для настройки оптических компонентов вокруг вакуумной камеры. Здесь показан верхний стол, на котором устанавливаются линзы и другая оптика. Синий лазерный луч возбуждает кубическое облако атомов стронция, расположенное за круглым окном в центре стола. Атомы стронция сильно флуоресцируют при возбуждении синим светом.

В 2017 году JILA сообщила об экспериментальных трехмерных квантовых газовых часах с оптической решеткой стронция, в которых атомы стронция-87 упакованы в крошечный трехмерный (3-D) куб, плотность которого в 1000 раз превышает плотность предыдущих одномерных (1-D) часов. как часы JILA 2015 года. Синхронное сравнение часов между двумя областями трехмерной решетки дало рекордный уровень синхронизации 5 × 10 -19 за 1 час усреднения. [65] Центральным элементом трехмерных квантовых газовых часов на оптической решетке стронция является необычное состояние вещества, называемое вырожденным ферми-газом (квантовый газ для ферми-частиц). Экспериментальные данные показывают, что трехмерные квантовые газовые часы достигли точности 3,5 × 10 −19.примерно через два часа. По словам Джун Е, «это значительное улучшение по сравнению с любыми предыдущими демонстрациями». Йе далее прокомментировал: «Самый важный потенциал трехмерных квантовых газовых часов - это способность увеличивать количество атомов, что приведет к огромному увеличению стабильности». и «Возможность увеличения как числа атомов, так и времени когерентности сделает эти часы нового поколения качественно отличными от предыдущего поколения». [66] [67] [68] В 2018 году JILA сообщила, что трехмерные квантовые газовые часы достигли точности частоты 2,5 × 10 −19 за 6 часов. [69] [70] При такой неопределенности частоты эти трехмерные квантовые газовые часы будут терять или выигрывать примерно на 0,1 секунды по сравнению с возрастом Вселенной.[71]Недавно было доказано, что квантовая запутанность может помочь еще больше повысить стабильность часов. [72]

Оптические часы в настоящее время (2021 г.) по-прежнему являются в основном исследовательскими проектами, менее зрелыми, чем стандарты микроволнового излучения рубидия и цезия, которые регулярно сообщают Международному бюро мер и весов (BIPM) время для установления международного атомного времени (TAI) . [73] По мере того, как оптические экспериментальные часы выходят за рамки своих микроволновых аналогов с точки зрения точности и стабильности, они могут заменить текущий стандарт времени - цезиевые фонтанные часы. [49] [74]В будущем это может привести к переопределению секунды SI на основе цезия, и потребуются другие новые методы распространения с высочайшим уровнем точности для передачи тактовых сигналов, которые можно будет использовать как для сравнений на более коротких, так и на более длинных (частотных) расстояниях между улучшить тактовые частоты и изучить их фундаментальные ограничения без значительного ущерба для их производительности. [49] [75] [76] [77] [78]

Концепция ядерных (оптических) часов [ править ]

Основная статья: Ядерные часы

Одна теоретическая возможность для улучшения характеристик атомных часов состоит в использовании перехода ядерной энергии (между различными ядерными изомерами ), а не переходов атомных электронов, которые измеряются текущими атомными часами. Большинство ядерных переходов происходят на слишком высокой частоте, чтобы их можно было измерить, но в 2003 году Эккехард Пейк и Кристиан Тамм [79] отметили, что исключительно низкая энергия возбуждения229 кв.м.Чтнаходится в пределах досягаемости современных методов измерения частоты, что делает возможными часы. В 2012 году было показано, что ядерные часы на основе одного229
Чт3+
ion может обеспечить общую погрешность дробной частоты 1,5 × 10 −19 , что лучше, чем существующая технология атомных часов 2019 года. [80] Хотя это остается нереализованной теоретической возможностью, по состоянию на 2019 год был достигнут значительный прогресс в разработке экспериментальных ядерных часов. [81] [82] [83] [84]

Переход на ядерную энергетику дает следующие потенциальные преимущества: [85]

  1. Более высокая частота. При прочих равных условиях более высокочастотный переход обеспечивает большую стабильность по простым статистическим причинам (колебания усредняются по большему количеству циклов в секунду).
  2. Невосприимчивость к воздействию окружающей среды. Из-за своего небольшого размера и экранирующего эффекта окружающих электронов атомное ядро ​​гораздо менее чувствительно к окружающим электромагнитным полям, чем электрон.
  3. Большее количество атомов. Из-за вышеупомянутой невосприимчивости к окружающим полям нет необходимости хорошо разделять атомы часов в разбавленном газе. Фактически, можно было бы воспользоваться эффектом Мессбауэра и поместить атомы в твердое тело, что позволило бы исследовать миллиарды атомов.

Методы сравнения часов [ править ]

В июне 2015 года Европейская национальная физическая лаборатория (NPL) в Теддингтоне, Великобритания ; Французский отдел пространственно-временных систем отсчета Парижской обсерватории (LNE-SYRTE) ; Немецко- немецкий национальный метрологический институт (PTB) в Брауншвейге ; и итальянский институт Istituto Nazionale di Ricerca Metrologica (INRiM) в лабораториях Турина начали испытания для повышения точности текущих сравнений современных спутников в 10 раз, но они все равно будут ограничены одной долей из 1 × 10 - 16. Эти 4 европейские лаборатории разрабатывают и размещают множество экспериментальных оптических часов, в которых используются различные элементы в различных экспериментальных установках, и хотят сравнить свои оптические часы друг с другом и проверить, согласны ли они. На следующем этапе эти лаборатории стремятся передавать сигналы сравнения в видимом спектре по оптоволоконным кабелям. Это позволит сравнивать их экспериментальные оптические часы с точностью, аналогичной ожидаемой точности самих оптических часов. Некоторые из этих лабораторий уже установили волоконно-оптические линии связи, и начались испытания на участках между Парижем и Теддингтоном, а также Парижем и Брауншвейгом. Волоконно-оптические линии связи между экспериментальными оптическими часами также существуют между американской лабораторией NIST и ее партнерской лабораторией JILA.оба находятся в Боулдере, штат Колорадо, но они расположены на гораздо меньших расстояниях, чем европейская сеть, и находятся между двумя лабораториями. По словам Фрица Риле, физика из PTB, «Европа находится в уникальном положении, поскольку в ней сосредоточены лучшие часы в мире». [86] В августе 2016 года французский LNE-SYRTE в Париже и немецкий PTB в Брауншвейге сообщили о сравнении и согласовании двух полностью независимых экспериментальных оптических часов на решетке из стронция в Париже и Брауншвейге с погрешностью 5 × 10 −17 с помощью недавно установленной фазы. -когерентная частотная линия, соединяющая Париж и Брауншвейг, протяженностью 1415  км (879  миль) телекоммуникационного оптоволоконного кабеля. Относительная погрешность всего звена была оценена как 2,5 × 10 -19 , что сделало возможным сравнение еще более точных часов. [87] [88]

Приложения [ править ]

Развитие атомных часов привело ко многим научным и техническим достижениям, таким как система точных глобальных и региональных навигационных спутниковых систем и приложений в Интернете , которые в значительной степени зависят от стандартов частоты и времени. Атомные часы устанавливаются на местах радиопередатчиков сигналов времени . Они используются на некоторых радиовещательных станциях длинных и средних волн для передачи очень точной несущей частоты. [ необходима цитата ] Атомные часы используются во многих научных дисциплинах, например, для интерферометрии с длинной базой в радиоастрономии . [89]

Глобальные навигационные спутниковые системы [ править ]

Система глобального позиционирования (GPS) управляется США Air Force Space Command обеспечивает очень точные временные и частотные сигналы. Приемник GPS работает, измеряя относительную временную задержку сигналов от минимум четырех, но обычно больше, спутников GPS, каждый из которых имеет как минимум два встроенных цезиевых и до двух рубидиевых атомных часов. Относительное время математически преобразуется в три абсолютных пространственных координаты и одну абсолютную временную координату. [90] Время GPS (GPST) - это непрерывная шкала времени с теоретической точностью до 14 нс . [91] Однако большинство приемников теряют точность при интерпретации сигналов и имеют точность только до 100 нс. [92] [93]GPST связан с TAI (Международное атомное время) и UTC (Всемирное координированное время), но отличается от них. GPST остается с постоянным смещением с TAI (TAI - GPST = 19 секунд) и, как и TAI, не использует дополнительные секунды. В бортовые часы спутников периодически вносятся поправки, чтобы они синхронизировались с наземными часами. [94] [95] Сообщение GPS-навигации включает разницу между GPST и UTC. По состоянию на июль 2015 года GPST на 17 секунд опережает UTC из-за дополнительной секунды, добавленной к UTC 30 июня 2015 года. [96] [97] Приемники вычитают это смещение из времени GPS для расчета значений UTC и конкретных часовых поясов.

Глобальная навигационная спутниковая система (ГЛОНАССЫ) , эксплуатируемая в воздушно - космической обороне ВС РФ является альтернативой системы глобальной системы позиционирования (GPS) и является второй навигационной системой работает с глобальным охватом и сопоставимой точности. Время ГЛОНАСС (ГЛОНАСС) генерируется центральным синхронизатором ГЛОНАСС и обычно лучше 1000 нс. [98] В отличие от GPS, шкала времени ГЛОНАСС реализует дополнительные секунды, как и UTC. [99]

Космический пассивный водородный мазер, используемый на спутниках ESA Galileo в качестве контрольных часов для бортовой системы хронометража

Galileo Глобальная навигационная спутниковая система управляется Европейским агентством ГНСС и Европейского космического агентства и близка к достижению глобального охвата полной операционной. Galileo начала предлагать глобальные оперативные возможности (EOC) 15 декабря 2016 года, предоставляя третью и первую невоенную глобальную навигационную спутниковую систему, и, как ожидается, достигнет полной операционной возможности (FOC) в 2019 году. [100] [101]Для достижения цели Галилео по охвату группировки удобных флагов необходимо добавить 6 запланированных дополнительных спутников. Системное время Галилео (GST) - это непрерывная шкала времени, которая генерируется на земле в Центре управления Галилео в Фучино, Италия, с помощью механизма точного времени, на основе средних значений различных атомных часов и поддерживается Центральным сегментом Галилео и синхронизируется с TAI с номинальным смещением менее 50 нс. [102] [103] [104] [101] По данным Европейского агентства GNSS, Galileo предлагает точность синхронизации 30 нс. [105]В ежеквартальном отчете Европейского центра обслуживания GNSS за март 2018 года сообщается, что точность службы распространения времени по всемирному координированному времени составила ≤ 7,6 нс, рассчитанная путем накопления выборок за предыдущие 12 месяцев и превышающая целевое значение ≤ 30 нс. [106] [107] Каждый спутник Galileo имеет два пассивных водородных мазера и два рубидиевых атомных часа для синхронизации на борту. [108] [109] Навигационное сообщение Galileo включает различия между GST, UTC и GPST (для обеспечения взаимодействия). [110] [111]

БейДоу-2 / БейДоу-3 спутниковая навигационная система управляется Китайской национальной космической администрации . Время BeiDou (BDT) - это непрерывная шкала времени, которая начинается 1 января 2006 г. в 0:00:00 UTC и синхронизируется с UTC в пределах 100 нс. [112] [113] BeiDou начала работать в Китае в декабре 2011 года, используя 10 спутников, [114] и начала предлагать услуги клиентам в Азиатско-Тихоокеанском регионе в декабре 2012 года. [115] 27 декабря 2018 года BeiDou Navigation Satellite System начала предоставлять глобальные услуги с указанной точностью синхронизации 20 нс. [116]35-й и последний спутник BeiDou-3 для глобального покрытия был запущен на орбиту 23 июня 2020 года. [117]

Радиопередатчики сигналов времени [ править ]

Радио - часы это часы , которые автоматически синхронизируются с помощью государственных радио сигналов времени , полученного радиоприемником . Многие розничные торговцы продают радиочасы неточно как атомные часы; [118] хотя радиосигналы, которые они принимают, исходят от атомных часов, сами они не являются атомными часами. Обычные недорогие приемники потребительского класса полагаются исключительно на временные сигналы с амплитудной модуляцией и используют узкополосные приемники (с полосой пропускания 10 Гц) с небольшими ферритовыми рамочными антеннами.и схемы с неоптимальной задержкой цифровой обработки сигнала, и поэтому можно ожидать, что они будут определять начало секунды только с практической погрешностью ± 0,1 секунды. Этого достаточно для радиоуправляемых недорогих часов потребительского уровня и часов, использующих кварцевые часы стандартного качества для хронометража между ежедневными попытками синхронизации, поскольку они будут наиболее точными сразу после успешной синхронизации и станут менее точными с этого момента до следующей синхронизации. . [118] Приемники времени приборного класса обеспечивают более высокую точность. Такие устройства несут задержку передачи примерно 1 мс на каждые 300 километров (186 миль) расстояния от радиопередатчика.. Многие правительства используют передатчики для хронометража.

Типичные приемники потребительского класса используют ферритовый стержень и температурную компенсацию для обеспечения стабильности во времени, обычно выбирается конденсатор с равным и противоположным (то есть NTC) диэлектриком и термически связан с ферритовым стержнем, поэтому изменения температуры не влияют на резонансную частоту. Внешний интерфейс обычно представляет собой вариант MK484 или IC7642 с цифровой схемой, которая периодически включает его для захвата сигнала времени, чтобы обеспечить длительный срок службы батареи. В некоторых случаях, когда присутствуют сильные помехи, нацеливание центра катушки на пеленг компаса для Anthorn или MSF даст лучшие результаты, равно как и размещение часов подальше от интеллектуальных счетчиков и металлических предметов.

См. Также [ править ]

  • Атомный фонтан
  • Атомихрон
  • Дрейф часов
  • Стандарт частоты
  • Международное атомное время
  • Список атомных часов
  • Магнитооптическая ловушка
  • Атомные часы Deep Space
  • Сетевой протокол времени
  • NIST-F1
  • Ядерные часы
  • Первичные атомные эталонные часы в космосе
  • Часы Пульсар
  • Квантовые часы
  • Говорящие часы
  • Метрология времени
  • Перенос времени

Ссылки [ править ]

  1. ^ Основные часы USNO
  2. ^ Томсон, Уильям ; Тейт, Питер Гатри (1879). Трактат по естественной философии . 1, часть 1 (2-е изд.). Кембридж, Англия: Издательство Кембриджского университета. п. 227.
  3. ^ a b М.А. Ломбарди; Т. П. Хевнер; SR Джеффертс (2007). «Первичные стандарты частоты NIST и реализация второго стандарта SI» (PDF) . Журнал измерительной науки . 2 (4): 74.
  4. ^ См .:
    • Исидор И. Раби, «Радиочастотная спектроскопия» ( лекция в память Рихтмайера , прочитанная в Колумбийском университете в Нью-Йорке, Нью-Йорк, 20 января 1945 г.).
    • "Встреча в Нью-Йорке, 19 и 20 января 1945 г." Physical Review , vol. 67, страницы 199–204 (1945).
    • Лоуренс, Уильям Л. (2007). «Первичные стандарты частоты NIST и реализация второго СИ» (PDF) . NCSLI Мера . 2 (4): 74–89. DOI : 10.1080 / 19315775.2007.11721402 . S2CID  114607028 .
  5. Перейти ↑ DB Sullivan (2001). «Измерение времени и частоты в NIST: первые 100 лет» (PDF) . 2001 Международный симпозиум по контролю частоты IEEE . NIST . С. 4–17.
  6. ^ Эссен, Л .; Парри, JVL (1955). "Атомный эталон частоты и временного интервала: Цезиевый резонатор". Природа . 176 (4476): 280–282. Bibcode : 1955Natur.176..280E . DOI : 10.1038 / 176280a0 . S2CID 4191481 . 
  7. ^ "60 лет атомным часам" . Национальная физическая лаборатория . Проверено 17 октября 2017 года .
  8. ^ В. Марковиц; Художественный зал; Л. Эссен; JVL Parry (1958). «Частота цезия в эфемеридном времени». Письма с физическим обзором . 1 (3): 105–107. Полномочный код : 1958PhRvL ... 1..105M . DOI : 10.1103 / PhysRevLett.1.105 .
  9. ^ В. Марковиц (1988). «Сравнения ET (солнечный), ET (лунный), UT и TDT ' ». В AK Babcock; Г. А. Уилкинс (ред.). Вращение Земли и системы отсчета для геодезии и геофизики, Симпозиум № 128 Международного астрономического союза . С. 413–418.. На страницах 413–414 приведена информация о том, что секунда в системе СИ была сделана равной секунде эфемеридного времени, определенной из лунных наблюдений, и позже была подтверждена в этом соотношении до 1 части из 10 10 .
  10. ^ J. Ye; Х. Шнац; Л. В. Холлберг (2003). «Оптические частотные гребенки: от метрологии частоты к оптическому контролю фазы» (PDF) . IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics . 9 (4): 1041. DOI : 10,1109 / JSTQE.2003.819109 .
  11. ^ а б «Чип-масштабные атомные устройства в NIST» . NIST . 2007. Архивировано из оригинального 7 -го января 2008 года . Проверено 17 января 2008 года . Доступно в Интернете по адресу: NIST.gov
  12. ^ a b c "Атомные часы с чипом CSAC SA.45s (заархивированная версия оригинального pdf)" (PDF) . 2011. Архивировано из оригинального (PDF) 25 мая 2013 года . Проверено 12 июня 2013 года .
  13. ↑ Ландау, Элизабет (27 апреля 2015 г.). «Атомные часы глубокого космоса» . НАСА . Проверено 29 апреля 2015 года .
  14. ^ "Международная система единиц (СИ)" (PDF) (8-е изд.). Международное бюро мер и весов (BIPM). 2006 г.
  15. ^ «Часто задаваемые вопросы» . Франклин Инструментальная Компания . 2007. Архивировано из оригинала 17 декабря 2000 года . Проверено 17 января 2008 года .
  16. ^ Lutwak, Роберт (26-29 ноября 2007). "Атомные часы с чип-шкалой - оценка прототипа". 36-е ежегодное совещание по системам и приложениям точного времени и интервалов времени (PTTI) .
  17. ^ "NIST запускает новый стандарт времени США: атомные часы NIST-F2" . nist.gov .
  18. ^ Годовой отчет МБМВ о временной деятельности , том 10, 2015, ISBN 978-92-822-2263-8 , ISSN 1994-9405  
  19. ^ Оценка частоты H-мазера 1401708 по первичному стандарту частоты NPL-CsF2, Национальная физическая лаборатория, февраль 2010 г.
  20. ^ "Атомные часы NPL оказались самыми точными в мире: Новости: Новости + События: Национальная физическая лаборатория" . npl.co.uk .
  21. ^ «NPL-CsF2: теперь атомные часы с лучшей в мире долговременной точностью - Science Codex» . sciencecodex.com .
  22. ^ Ли, Руоксин; Гиббл, Курт; Шиманец, Кшиштоф (2011). «Повышенная точность первичного эталона частоты NPL-CsF2: оценка фазовых сдвигов распределенного резонатора и микроволнового линзирования». Метрология . 48 (5): 283–289. arXiv : 1107,2412 . Bibcode : 2011Metro..48..283L . DOI : 10.1088 / 0026-1394 / 48/5/007 . S2CID 119213360 . 
  23. ^ SR Джеффертс; Т. П. Хевнер; Т.Е. Паркер; Дж. Х. Ширли (2007). "Цезиевые фонтаны NIST - текущее состояние и перспективы на будущее" . Acta Physica Polonica . 112 (5): 759 и сл . Bibcode : 2007AcPPA.112..759J . DOI : 10.12693 / APhysPolA.112.759 .
  24. ^ «Время обновляется». New Scientist : 7. 12 апреля 2014 г.
  25. ^ "NIST запускает новый стандарт времени США: атомные часы NIST-F2" . nist.gov. 3 апреля 2014 . Проверено 3 апреля 2014 года .
  26. ^ «Предпосылки: как работает NIST-F2» . nist.gov. 2 апреля 2014 . Проверено 4 апреля 2014 года .
  27. ^ Heavner Т.П., Donley Е.А., Леви F, G Костанцо, Паркер ТЕ, Ширли JH, Эшби N, S и Барлоу Jefferts SR, "Оценка Первая точность NIST-F2," 2014 Metrologia 51, 174-182, май 2014
  28. ^ Ли, Руоксин; Гиббл, Курт; Шиманец, Кшиштоф (2015). «Комментарий к« первой оценке точности NIST-F2 » ». Метрология . 52 (2015): 163–166. arXiv : 1505.00649 . Bibcode : 2015Metro..52..163G . DOI : 10.1088 / 0026-1394 / 52/1/163 . S2CID 118498016 . 
  29. ^ [Февраль / март 2015 г. Оценка NIST-F2]
  30. ^ Февраль 2016 Оценка TAI IT-CsF2
  31. ^ Июнь 2018 Оценка TAI IT-CsF2
  32. ^ "Президент Пиньера получает первые атомные часы ESO" . Объявление ESO . 15 ноября 2013 . Проверено 20 ноября 2013 года .
  33. ↑ Лаура Ост (4 февраля 2014 г.). «Новая эра атомных часов» . Национальный институт стандартов и технологий . Проверено 18 октября 2015 года .
  34. ^ ESA. "Ансамбль атомных часов в космосе (АЧС)" (PDF) . Центр ЭРАЗМУС - Управление пилотируемых космических полетов и операций . Проверено 11 февраля 2017 года .
  35. ^ "С лучшими атомными часами ученые готовятся переопределить секунды" . Наука | AAAS . 28 февраля 2018 . Проверено 2 марта 2018 .
  36. ^ «Единица времени (секунда)» . Брошюра SI . BIPM . 2014 [2006] . Проверено 23 июня 2015 года .
  37. ^ 87 Рубидий документ BIPM
  38. ^ Эссен, L ; Дональдсон, RW; Надежда, ЭГ; Бангхэм, MJ (июль 1973). "Водородные мазерные работы в Национальной физической лаборатории". Метрология . 9 (3): 128–137. Bibcode : 1973Metro ... 9..128E . DOI : 10.1088 / 0026-1394 / 9/3/004 .
  39. ^ Dupays, Арно; Бесвик, Альберто; Лепет, Бруно; Риццо, Карло (август 2003 г.). «Радиус протона Земаха из измерений сверхтонкого расщепления водорода и мюонного водорода» (PDF) . Physical Review . 68 (5): 052503. Arxiv : колич-фот / 0308136 . Bibcode : 2003PhRvA..68e2503D . DOI : 10.1103 / PhysRevA.68.052503 . S2CID 3957861 .  
  40. ^ 87 Стронций документ BIPM
  41. ↑ Свенсон, Гейл (7 июня 2010 г.). «Пресс-релиз: NIST« Квантовые логические часы »конкурируют с ионами ртути как самыми точными часами в мире» . NIST.
  42. ^ Вторые «квантовые логические часы» NIST на основе ионов алюминия - теперь самые точные часы в мире , NIST, 4 февраля 2010 г.
  43. ^ CW Chou; Д. Юм; JCJ Koelemeij; DJ Wineland & T. Rosenband (17 февраля 2010 г.). "Сравнение частот двух высокоточных оптических часов Al +" (PDF) . NIST . 104 (7): 070802. arXiv : 0911.4527 . DOI : 10.1103 / PhysRevLett.104.070802 . PMID 20366869 . S2CID 13936087 . Проверено 9 февраля 2011 года .   
  44. ^ Брюэр, SM; Chen, J.-S .; Ханкин, AM; Клементс, ER; Чоу, CW; Вайнленд, диджей; Хьюм, ДБ; Лейбрандт, Д.Р. (15 июля 2019 г.). «Квантово-логические часы Al + 27 с систематической неопределенностью ниже 10 - 18». Письма с физическим обзором . 123 (3): 033201. arXiv : 1902.07694 . DOI : 10.1103 / PhysRevLett.123.033201 . PMID 31386450 . S2CID 119075546 .  
  45. ^ Уиллс, Стюарт (июль 2019). «Точность оптических часов открывает новые горизонты» .
  46. ^ Dubé Пьер (15 июля 2019). «Точка зрения: ионные часы переходят в новый режим точности» . Физика . 12 . DOI : 10.1103 / Physics.12.79 .
  47. ^ С. М. Брюэр; Ж.-С. Чен; А.М. Ханкин; Э. Р. Клементс; CW Chou; DJ Wineland; DB Hume; ДР Лейбрандт (2019). «Al + квантово-логические часы с систематической неопределенностью ниже 10 ^ -18». Phys. Rev. Lett . 123 (3): 033201. arXiv : 1902.07694 . DOI : 10.1103 / PhysRevLett.123.033201 . PMID 31386450 . S2CID 119075546 .  
  48. ↑ Д. Линдли (20 мая 2009 г.). «Преодоление необычных атомных столкновений делает атомные часы более точными» . Национальный научный фонд . Проверено 10 июля 2009 года .
  49. ^ а б в г W.H. Оскай; и другие. (2006). «Одноатомные оптические часы с высокой точностью» (PDF) . Письма с физическим обзором . 97 (2): 020801. Bibcode : 2006PhRvL..97b0801O . DOI : 10.1103 / PhysRevLett.97.020801 . PMID 16907426 .  [ постоянная мертвая ссылка ]
  50. ^ Fritz Riehle. «О вторичных представлениях второго» (PDF) . Physikalisch-Technische Bundesanstalt, Отдел оптики . Архивировано из оригинального (PDF) 23 июня 2015 года . Проверено 22 июня 2015 года .
  51. ^ 171 Иттербий документ BIPM
  52. ^ PTB Time and Frequency Department 4.4.
  53. ^ PTB Оптическая ядерная спектроскопия 229 Th
  54. ^ «Сдвиг излучения черного тела: квантовая термодинамика изменит определение часов» . Проверено 5 декабря 2012 года .
  55. Рианна Ост, Лаура (22 января 2014 г.). «Атомные часы на основе стронция JILA устанавливают новые рекорды как по точности, так и по стабильности» . NIST Tech Beat . Национальный институт стандартов и технологий . Проверено 5 декабря 2014 .
  56. ^ «Точные атомные часы могут переопределить время» . 9 июля 2013 . Проверено 24 августа 2013 года .
  57. ^ "Атомные часы иттербия NIST установили рекорд стабильности" . 22 августа 2013 . Проверено 24 августа 2013 года .
  58. ^ «Новые атомные часы устанавливают рекорд стабильности» . 27 августа 2013 . Проверено 19 января 2014 года .
  59. ^ Блум, BJ; Николсон, Т.Л .; Уильямс-младший; Кэмпбелл, SL; Бишоф, М .; Чжан, X .; Zhang, W .; Bromley, SL; Йе, Дж. (22 января 2014 г.). «Часы на оптической решетке с точностью и стабильностью на уровне 10 −18 » (PDF) . Природа . 506 (7486): 71–5. arXiv : 1309.1137 . Bibcode : 2014Natur.506 ... 71B . DOI : 10,1038 / природа12941 . PMID 24463513 . S2CID 4461081 .   
  60. ^ TL Николсон; С.Л. Кэмпбелл; Р. Б. Хатсон; GE Marti; Би Джей Блум; Р.Л. Макнелли; В. Чжан; MD Barrett; Сафронова М.С. Г.Ф. Страус; WL Tew; Дж. Е (21 апреля 2015 г.). «Систематическая оценка атомных часов при общей неопределенности 2 × 10 -18 » . Nature Communications . 6 (6896): 6896. arXiv : 1412.8261 . Bibcode : 2015NatCo ... 6E6896N . DOI : 10.1038 / ncomms7896 . PMC 4411304 . PMID 25898253 .  
  61. ^ JILA Scientific Communications (21 апреля 2015 г.). «О времени» . Архивировано из оригинального 19 сентября 2015 года . Проверено 27 июня 2015 года .
  62. ↑ Лаура Ост (21 апреля 2015 г.). «Все время становится лучше: атомные часы на основе стронция JILA устанавливают новый рекорд» . Национальный институт стандартов и технологий . Проверено 17 октября 2015 года .
  63. ^ Джеймс Винсент (22 апреля 2015 г.). «Самые точные часы из когда-либо построенных теряют только одну секунду каждые 15 миллиардов лет» . Грань . Проверено 26 июня 2015 года .
  64. ^ Н. Хантеманн; К. Саннер; Б. Липпхардт; Chr. Тамм; Э. Пейк (8 февраля 2016 г.). «Одноионные атомные часы с систематической неопределенностью 3 × 10 −18 ». Письма с физическим обзором . 116 (6): 063001. arXiv : 1602.03908 . Bibcode : 2016PhRvL.116f3001H . DOI : 10.1103 / PhysRevLett.116.063001 . PMID 26918984 . S2CID 19870627 .  
  65. ^ С.Л. Кэмпбелл; Р. Б. Хатсон; GE Marti; А. Гобан; Н. Дарквах Оппонг; Р.Л. Макнелли; Л. Сондерхаус; В. Чжан; Би Джей Блум; Дж. Е (2017). «Вырожденные по Ферми трехмерные часы на оптической решетке» (PDF) . Наука . 358 (6359): 90–94. arXiv : 1702.01210 . Bibcode : 2017Sci ... 358 ... 90C . DOI : 10.1126 / science.aam5538 . PMID 28983047 . S2CID 206656201 . Проверено 29 марта 2017 года .   
  66. ^ Beall, Abigail (5 октября 2017). «Вырожденные по Ферми трехмерные часы на оптической решетке» . Проводная Великобритания . Проверено 29 марта 2017 года .
  67. ^ NIST (5 октября 2017 г.). «Трехмерные квантовые газовые атомные часы JILA открывают новые измерения в измерениях» . Проверено 29 марта 2017 года . Cite journal requires |journal= (help)
  68. ↑ Филлипс, Джули (10 октября 2017 г.). «Часы, изменившие мир» . ДЖИЛА . Проверено 30 марта 2017 года .
  69. ^ Г. Эдвард Марти; Росс Б. Хатсон; Акихиса Гобан; Сара Л. Кэмпбелл; Никола Поли; Джун Е (2018). «Визуализация оптических частот с точностью 100 мкГц и разрешением 1,1 мкм» (PDF) . Письма с физическим обзором . 120 (10): 103201. arXiv : 1711.08540 . Bibcode : 2018PhRvL.120j3201M . DOI : 10.1103 / PhysRevLett.120.103201 . PMID 29570334 . S2CID 3763878 . Проверено 30 марта 2017 года .   
  70. Рианна Ост, Лаура (5 марта 2018). «Команда JILA изобретает новый способ« увидеть »квантовый мир» . ДЖИЛА . Проверено 30 марта 2017 года .
  71. ^ «Те же часы. Новая перспектива» . ДЖИЛА . 13 марта 2018 . Проверено 23 сентября 2018 года .
  72. ^ "Запутанность на оптическом переходе атомных часов" . Природа . 16 декабря 2020 . Проверено 16 февраля 2021 года .
  73. ^ «Всемирное координированное время BIPM (UTC)» . BIPM . Проверено 29 декабря 2013 года .
  74. ^ Н. Поли; CW Oates; П. Гилл; GM Tino (13 января 2014 г.). «Оптические атомные часы». Ривиста-дель-Нуово-Чименто . 36 (12): 555–624. arXiv : 1401.2378 . Bibcode : 2013NCimR..36..555P . DOI : 10.1393 / Ncr / i2013-10095-х . S2CID 118430700 . 
  75. ^ «Рабочая программа МБМВ: Время» . BIPM . Проверено 25 июня 2015 года .
  76. ↑ Хелен Марголис (12 января 2014 г.). «Хронометристы будущего». Физика природы . 10 (2): 82–83. Bibcode : 2014NatPh..10 ... 82M . DOI : 10.1038 / nphys2834 .
  77. ^ Гребинг, Кристиан; Аль-Масуди, Али; Дёршер, Серен; Хефнер, Себастьян; Гергинов, Владислав; Вейерс, Стефан; Липпхард, Бургард; Риле, Фриц; Стерр, Уве; Лисдат, Кристиан (2016). «Реализация шкалы времени с помощью точных часов на оптической решетке» . Optica . 3 (6): 563–569. arXiv : 1511.03888 . DOI : 10.1364 / OPTICA.3.000563 . S2CID 119112716 . 
  78. ^ Ладлоу, Эндрю D; Бойд, Мартин М; Ye, Jun; Пейк, Эккехард; Шмидт, Пит О (2015). «Оптические атомные часы». Обзоры современной физики . 87 (2): 673. arXiv : 1407.3493 . DOI : 10.1103 / RevModPhys.87.637 . S2CID 119116973 . 
  79. ^ Peik, E .; Тамм, Хр. (15 января 2003 г.). «Ядерная лазерная спектроскопия перехода 3,5 эВ в 229 Th» (PDF) . Письма еврофизики . 61 (2): 181–186. Bibcode : 2003EL ..... 61..181P . DOI : 10.1209 / EPL / i2003-00210-х . Архивировано из оригинального (PDF) 16 декабря 2013 года . Проверено 11 сентября 2019 года .
  80. ^ Кэмпбелл, C .; Раднаев, АГ; Кузьмич, А .; Дзуба, В.А.; Flambaum, VV; Деревянко, А. (2012). «Одноионные ядерные часы для метрологии с точностью до 19 знака после запятой». Phys. Rev. Lett . 108 (12): 120802. arXiv : 1110,2490 . Bibcode : 2012PhRvL.108l0802C . DOI : 10.1103 / PhysRevLett.108.120802 . PMID 22540568 . S2CID 40863227 .  
  81. ^ фон дер Вензе, Ларс; Зайферле, Бенедикт; Лаатиауи, Мустафа; Neumayr, Jürgen B .; Майер, Ханс-Йорг; Вирт, Ганс-Фридрих; Мокри, Кристоф; Рунке, Йорг; Эберхардт, Клаус; Düllmann, Christoph E .; Траутманн, Норберт Г .; Тирольф, Питер Г. (5 мая 2016 г.). «Прямое обнаружение перехода ядерных часов 229 Th». Природа . 533 (7601): 47–51. arXiv : 1710.11398 . Bibcode : 2016Natur.533 ... 47V . DOI : 10.1038 / nature17669 . PMID 27147026 . S2CID 205248786 .  
  82. ^ Thielking, J .; Охапкин М.В.; Przemyslaw, G .; Мейер, DM; von der Wense, L .; Seiferle, B .; Düllmann, CE; Тирольф, PG; Пейк, Э. (2018). «Лазерная спектроскопическая характеристика изомера ядерных часов 229m Th». Природа . 556 (7701): 321–325. arXiv : 1709.05325 . Bibcode : 2018Natur.556..321T . DOI : 10.1038 / s41586-018-0011-8 . PMID 29670266 . S2CID 4990345 .  
  83. ^ Масуда, Т .; Йошими, А .; Fujieda, A .; Fujimoto, H .; Haba, H .; Hara, H .; Хираки, Т .; Kaino, H .; Kasamatsu, Y .; Китао, С .; Конаши, К .; Миямото, Ю .; Okai, K .; Окубо, С .; Sasao, N .; Сето, М .; Schumm, T .; Shigekawa, Y .; Сузуки, К .; Stellmer, S .; Tamasaku, K .; Uetake, S .; Watanabe, M .; Watanabe, T .; Yasuda, Y .; Yamaguchi, A .; Йода, Й .; Yokokita, T .; Yoshimura, M .; Йошимура, К. (12 сентября 2019 г.). «Рентгеновская накачка изомера 229-го ядерных часов». Природа . 573 (7773): 238–242. arXiv : 1902.04823 . Bibcode : 2019Natur.573..238M . DOI : 10.1038 / s41586-019-1542-3 . PMID 31511686 . S2CID  119083861 .
  84. ^ Seiferle, B .; von der Wense, L .; Белоус, ПВ; Amersdorffer, I .; Lemell, C .; Libisch, F .; Stellmer, S .; Schumm, T .; Düllmann, CE; Pálffy, A .; Тирольф, PG (12 сентября 2019 г.). «Энергия 229-го ядерного часового перехода». Природа . 573 (7773): 243–246. arXiv : 1905.06308 . Bibcode : 2019Natur.573..243S . DOI : 10.1038 / s41586-019-1533-4 . PMID 31511684 . S2CID 155090121 .  
  85. ^ Peik, Ekkehard (25-27 сентября 2012). Концепции и перспективы ядерных часов с торием-229 (PDF) . Семинар EMMI: Часы с ядерным изомером 229 м Th. Дармштадт.
  86. ↑ Гибни, Элизабет (2 июня 2015 г.). «Сверхточные атомные часы сталкиваются друг с другом, чтобы заново определить время - хронометры нового поколения можно проверять только друг против друга» . Природа . 522 (7554): 16–17. Bibcode : 2015Natur.522 ... 16G . DOI : 10.1038 / 522016a . PMID 26040875 . 
  87. ↑ Поль-Эрик Потти, Жезин Гроше (19 августа 2016 г.). «Сеть часов для геодезии и фундаментальной науки» . Nature Communications . 7 : 12443. arXiv : 1511.07735 . Bibcode : 2016NatCo ... 712443L . DOI : 10.1038 / ncomms12443 . PMC 4980484 . PMID 27503795 .  
  88. ^ Оптоволоконная линия связи открывает новую эру частотно-временной метрологии, 19 августа 2016 г.
  89. ^ Маккарти, DD ; Зайдельманн, ПК (2009). ВРЕМЯ - от вращения Земли к атомной физике . Вайнхайм: Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA. п. 266. ISBN. 978-3-527-40780-4.
  90. ^ «Глобальная система позиционирования» . Gps.gov. Архивировано из оригинала 30 июля 2010 года . Проверено 26 июня 2010 года .
  91. ^ Дэвид В. Аллан (1997). «Наука хронометража» (PDF) . Hewlett Packard. Архивировано (PDF) из оригинала 25 октября 2012 года. Cite journal requires |journal= (help)
  92. ^ «Роль GPS в точном времени и частоте распространения» (PDF) . GPSworld. Июль-август 1990 . Проверено 27 апреля 2014 года . Cite journal requires |journal= (help)
  93. ^ «Время GPS с точностью до 100 наносекунд» . Галеон . Проверено 12 октября 2012 года .
  94. ^ «UTC для коррекции времени GPS» . qps.nl .
  95. ^ «Введение в оборудование пользователя GPS NAVSTAR» (PDF) . Раздел 1.2.2
  96. ^ http://www.navcen.uscg.gov/?pageName=currentNanus&format=txt
  97. ^ "Уведомление для пользователей Navstar (NANU) 2012034" . Центр управления GPS. 30 мая 2012 года Архивировано из оригинала 8 апреля 2013 года . Проверено 2 июля 2012 года .
  98. ^ «Справка времени в GNSS» . navipedia.net .
  99. ^ Документ управления интерфейсом ГЛОНАСС, Навигационный радиосигнал в диапазонах L1, L2 (ICD L1, L2 ГЛОНАСС), Российский институт космической техники, редакция 5.1, 2008 г.
  100. ^ «Галилей начинает служить миру» . Европейское космическое агентство . Проверено 15 декабря 2016 .
  101. ^ a b «Вклад Галилея в систему СССПС» . Европейская комиссия . Проверено 30 декабря 2015 года .
  102. ^ European GNSS (Galileo) Open Service Signal-In-Space Operational Status Definition, Issue 1.0, September 2015.
  103. ^ 1 Определение и реализация системного времени Галилео (GST). ICG-4 WG-D по шкалам времени GNSS. Жером Дельпорте. CNES - Французское космическое агентство.
  104. ^ "Часы Галилея" . Европейское космическое агентство . Проверено 16 января 2017 года .
  105. ^ "Галилей идет вживую" . Европейское агентство GNSS. 15 декабря 2016 . Проверено 1 февраля 2017 года .
  106. ^ «Начальные услуги Galileo - Открытые услуги - Ежеквартальный отчет о производительности, октябрь-ноябрь-декабрь 2017 года» (PDF) . Европейский сервисный центр GNSS. 28 марта 2018 . Проверено 28 марта 2017 года .
  107. ^ Galileo Open Service and Search and Rescue - Ежеквартальные отчеты о производительности, содержащие статистические данные о производительности
  108. ^ "Пассивный водородный мазер (PHM)" . Spectratime.com .
  109. ^ "Стандарт атомной частоты Rb (RAFS)" . Spectratime.com .
  110. ^ Описание шкалы времени GNSS
  111. ^ "ESA добавляет смещение системного времени к навигационному сообщению Galileo" . insidegnss.com .
  112. ^ Китайское управление спутниковой навигации, версия 2.0, декабрь 2013 г. [ постоянная мертвая ссылка ]
  113. ^ Определение и реализация системного времени навигационной спутниковой системы COMPASS / BeiDou, Чунхао Хан, Пекинский глобальный информационный центр, (BGIC), Пекин, Китай
  114. ^ «Китайский конкурент GPS Beidou начинает предлагать навигационные данные» . BBC. 27 декабря 2011 г.
  115. ^ "Китайский аналог Beidou GPS открыт для публики в Азии" . BBC. 27 декабря 2012 . Проверено 27 декабря 2012 года .
  116. ^ Варма, KJM (27 декабря 2018). «Китайский навигационный спутник BeiDou, конкурент американского GPS, запускает глобальные услуги» . livemint.com . Проверено 27 декабря 2018 года .
  117. ^ "Китай выводит на орбиту последний спутник для сети Beidou - государственные СМИ" . Рейтер . 23 июня 2020 . Проверено 23 июня 2020 .
  118. ^ a b Майкл А. Ломбарди, "Насколько точны часы с радиоуправлением?" , Национальный институт стандартов и технологий, 2010 г.

Внешние ссылки [ править ]

  • Национальный исследовательский совет Канады, FAQ : «Что такое« цезиевые атомные часы »?»
  • Национальный исследовательский совет Канады, архивные материалы: оптический стандарт частоты на основе одного захваченного иона.
  • Департамент службы времени военно-морской обсерватории США
  • PTB Braunschweig, Германия - со ссылкой на английском языке
  • Веб-сайт времени Национальной физической лаборатории (Великобритания)
  • NIST Internet Time Service (ITS): установка часов на компьютере через Интернет
  • Пресс-релиз NIST об атомных часах с чип-масштабированием
  • Сайт NIST
  • Веб-страницы, посвященные атомным часам , в Музее науки (Лондон)
  • Оптические атомные часы BBC, 2005 г.
  • Часы на оптической решетке ; Журнал Физического общества Японии
  • Атомный фонтан
  • Национальный исследовательский совет Канады, архивное содержание: Гребень оптических частот - Измерение оптических частот.