Kreditt: Copyright Geoffrey Wheeler

den primære tid og frekvens standard for usa

nist-f1, landets primære tid og frekvens standard, er en cesium fontene atomur utviklet ved nist laboratorier i boulder, COLORADO. NIST-F1 bidrar til den internasjonale gruppen av atomklokker som definerer Coordinated Universal Time (UTC), den offisielle verdenstiden. FORDI NIST-F1 er blant de mest nøyaktige klokkene i verden, gjør DET UTC mer nøyaktig enn noen gang før.

usikkerheten TIL NIST-F1 blir stadig bedre. I 2000 var usikkerheten rundt 1 x 10-15, men fra januar 2013 er usikkerheten redusert til rundt 3 x 10-16, noe som betyr at den verken vil vinne eller miste et sekund på mer enn 100 millioner år! Grafen nedenfor viser hvordan NIST-F1 sammenligner med tidligere atomklokker bygget AV NIST. Det er nå omtrent ti ganger mer nøyaktig ENN NIST-7, en cesiumstråle atomur som fungerte Som Usas primære tids-og frekvensstandard fra 1993-1999.

Teknisk Beskrivelse

NIST-F1 er referert til som en fontene klokke fordi den bruker en fontene-lignende bevegelse av atomer for å måle frekvens og tidsintervall. For det første innføres en gass av cesiumatomer i klokkens vakuumkammer. Seks infrarøde laserstråler er deretter rettet vinkelrett på hverandre i midten av kammeret. Laserne skyver forsiktig cesiumatomene sammen til en ball. I prosessen med å skape denne ballen, reduserer laserne bevegelsen av atomene og avkjøler dem til temperaturer nær absolutt null.

To vertikale lasere brukes til å forsiktig kaste ballen oppover («fontenen» handling), og deretter alle lasere er slått av. Denne lille push er akkurat nok til a loft ballen om en meter hoy gjennom et mikrobølgefylt hulrom. Under påvirkning av tyngdekraften faller ballen ned igjen gjennom mikrobølgeovnen.

rundturen opp og ned gjennom mikrobølgeovnen varer i ca 1 sekund. Under turen kan atomstatusene til atomene eller ikke endres når de samhandler med mikrobølgesignalet. Når turen er ferdig, peker en annen laser på atomene. De atomer hvis atomstatus ble endret av mikrobølgesignalet, avgir lys (en tilstand kjent som fluorescens). Fotonene, eller de små lyspakkene de avgir, måles av en detektor.

denne prosessen gjentas mange ganger mens mikrobølgesignalet i hulrommet er innstilt til forskjellige frekvenser. Til slutt er det funnet en mikrobølgefrekvens som endrer tilstandene til de fleste cesiumatomer og maksimerer deres fluorescens. Denne frekvensen er den naturlige resonansfrekvensen til cesiumatomet (9,192,631,770 Hz), eller frekvensen som brukes til å definere den andre.kombinasjonen av laserkjøling og fontenen gjør DET MULIG FOR NIST-F1 å observere cesiumatomer i lengre perioder, og dermed oppnå sin enestående nøyaktighet. Tradisjonelle cesium klokker måle romtemperatur atomer beveger seg på flere hundre meter per sekund. Siden atomene beveger seg så fort, er observasjonstiden begrenset til noen millisekunder. NIST-F1 bruker en annen tilnærming. Laserkjøling faller temperaturen til atomene til noen få milliondeler av en grad over absolutt null, og reduserer termisk hastighet til noen få centimeter per sekund. De laserkjølte atomene lanseres vertikalt og passerer to ganger gjennom et mikrobølgehulrom, en gang på vei opp og en gang på vei ned. Resultatet er en observasjonstid på omtrent ett sekund, som bare er begrenset av tyngdekraften som trekker atomene til bakken.

som du kanskje gjetter, gjør de lengre observasjonstidene det enklere å stille inn mikrobølgefrekvensen. Den forbedrede tuningen av mikrobølgefrekvensen fører til bedre realisering og kontroll av resonansfrekvensen til cesium. Og selvfølgelig fører den forbedrede frekvenskontrollen til det som er en av verdens mest nøyaktige klokker.