कोलंबिया विश्वविद्यालय में भौतिकी के प्रोफेसर इसिडोर रबी ने पहले कभी नहीं देखी गई परियोजना का प्रस्ताव रखा: एक घड़ी जो चुंबकीय अनुनाद के परमाणु बीम के सिद्धांत पर काम करती है। यह 1945 में हुआ था, और 1949 में पहले से ही राष्ट्रीय मानक ब्यूरो ने पहला कामकाजी प्रोटोटाइप जारी किया था। यह अमोनिया अणु के कंपन को पढ़ता है। सीज़ियम ने व्यवसाय में बहुत बाद में प्रवेश किया: NBS-1 मॉडल केवल 1952 में दिखाई दिया।

इंग्लैंड में राष्ट्रीय भौतिक प्रयोगशाला ने 1955 में पहली सीज़ियम बीम घड़ी बनाई। दस साल से अधिक समय के बाद, वजन और माप पर सामान्य सम्मेलन के दौरान, एक अधिक उन्नत घड़ी प्रस्तुत की गई, जो सीज़ियम परमाणु में कंपन पर भी आधारित थी। एनबीएस-4 मॉडल का इस्तेमाल 1990 तक किया जाता था।

घड़ी के प्रकार

फिलहाल, तीन प्रकार की परमाणु घड़ियाँ हैं जो लगभग एक ही सिद्धांत पर काम करती हैं। सीज़ियम घड़ी, सबसे सटीक, सीज़ियम परमाणु को चुंबकीय क्षेत्र से अलग करती है। सबसे सरल परमाणु घड़ी, रूबिडियम घड़ी, कांच के बल्ब में संलग्न रूबिडियम गैस का उपयोग करती है। और, अंत में, हाइड्रोजन परमाणु घड़ियां संदर्भ बिंदु के रूप में एक विशेष सामग्री के खोल में बंद हाइड्रोजन परमाणुओं को लेती हैं - यह परमाणुओं को जल्दी से ऊर्जा खोने की अनुमति नहीं देती है।

इस समय कितना बज रहा है

1999 में, यूएस नेशनल इंस्टीट्यूट ऑफ स्टैंडर्ड एंड टेक्नोलॉजी (NIST) ने परमाणु घड़ी के और भी उन्नत संस्करण का प्रस्ताव रखा। NIST-F1 मॉडल में बीस मिलियन वर्षों में केवल एक सेकंड की त्रुटि है।

सबसे सटीक

लेकिन NIST भौतिक विज्ञानी यहीं नहीं रुके। वैज्ञानिकों ने इस बार स्ट्रोंटियम परमाणुओं के आधार पर एक नया कालक्रम विकसित करने का निर्णय लिया। नई घड़ी पिछले मॉडल के 60% पर चलती है, जिसका अर्थ है कि यह बीस मिलियन वर्षों में नहीं, बल्कि पाँच बिलियन में एक सेकंड खो देती है।

समय माप

एक अंतरराष्ट्रीय समझौते ने सीज़ियम कण के प्रतिध्वनि के लिए एकमात्र सटीक आवृत्ति निर्धारित की है। यह 9,192,631,770 हर्ट्ज़ है - आउटपुट सिग्नल को इस संख्या से विभाजित करने से प्रति सेकंड ठीक एक चक्र मिलता है।

क्या आपने कभी गौर किया है कि घर पर आपकी घड़ी अलग-अलग समय दिखाती है? और कैसे समझें कि सभी विकल्पों में से कौन सा सही है? इन सभी सवालों के जवाब हम परमाणु घड़ियों के संचालन के सिद्धांत का गहन अध्ययन करके जानेंगे।

परमाणु घड़ी: संचालन का विवरण और सिद्धांत

आइए पहले समझते हैं कि परमाणु घड़ी का तंत्र क्या है। एक परमाणु घड़ी एक उपकरण है जो समय को मापता है, लेकिन यह प्रक्रिया की आवधिकता के रूप में अपने स्वयं के कंपन का उपयोग करता है, और सब कुछ परमाणु और आणविक स्तर पर होता है। इसलिए सटीकता।

यह कहना सुरक्षित है कि परमाणु घड़ियाँ सबसे सटीक होती हैं! यह उनके लिए धन्यवाद है कि दुनिया में इंटरनेट और जीपीएस नेविगेशन कार्य करते हैं, हम सौर मंडल में ग्रहों के सटीक स्थान को जानते हैं। इस उपकरण की त्रुटि इतनी कम है कि हम विश्वास के साथ कह सकते हैं कि वे विश्व स्तरीय हैं! परमाणु घड़ियों के लिए धन्यवाद, संपूर्ण विश्व तुल्यकालन होता है, यह ज्ञात है कि कुछ परिवर्तन कहाँ स्थित हैं।

किसने आविष्कार किया, किसने बनाया, और यह भी कि इस चमत्कारी घड़ी का आविष्कार किसने किया?

बीसवीं शताब्दी के शुरुआती चालीसवें दशक में, यह चुंबकीय अनुनाद के परमाणु बीम के बारे में जाना जाता था। सबसे पहले, इसका उपयोग किसी भी तरह से घड़ियों से संबंधित नहीं था - यह केवल एक सिद्धांत था। लेकिन पहले से ही 1945 में, इसिडोर रबी ने एक उपकरण बनाने का प्रस्ताव रखा, जिसकी अवधारणा यह थी कि वे उपरोक्त तकनीक के आधार पर काम करते हैं। लेकिन उन्हें इस तरह से व्यवस्थित किया गया था कि उन्होंने गलत परिणाम दिखाए। और पहले से ही 1949 में, राष्ट्रीय मानक ब्यूरो ने पहली परमाणु घड़ी के निर्माण के बारे में पूरी दुनिया को सूचित किया, जो अमोनिया के आणविक यौगिकों पर आधारित थी, और पहले से ही 1952 में, सीज़ियम परमाणुओं पर आधारित एक प्रोटोटाइप बनाने के लिए प्रौद्योगिकियों में महारत हासिल की गई थी।

अमोनिया और सीज़ियम के परमाणुओं के बारे में सुनकर सवाल उठता है, लेकिन क्या ये अद्भुत घड़ियाँ रेडियोधर्मी हैं? उत्तर असमान है - नहीं! उनके पास परमाणु क्षय नहीं है।

आजकल, ऐसी कई सामग्रियां हैं जिनसे परमाणु घड़ियां बनाई जाती हैं। उदाहरण के लिए, यह सिलिकॉन, क्वार्ट्ज, एल्यूमीनियम और यहां तक ​​​​कि चांदी भी है।

डिवाइस कैसे काम करता है?

आइए एक नजर डालते हैं कि परमाणु ऊर्जा से चलने वाली घड़ियां कैसी दिखती हैं और कैसे काम करती हैं। ऐसा करने के लिए, हम उनके काम का विवरण प्रस्तुत करते हैं:

इस विशेष घड़ी के सही संचालन के लिए न तो पेंडुलम की जरूरत है और न ही क्वार्ट्ज ऑसिलेटर की। वे संकेतों का उपयोग करते हैं जो एक परमाणु के दो ऊर्जा स्तरों के बीच एक इलेक्ट्रॉन के क्वांटम संक्रमण के कारण उत्पन्न होते हैं। नतीजतन, हम एक विद्युत चुम्बकीय तरंग का निरीक्षण करने में सक्षम हैं। दूसरे शब्दों में, हमें लगातार उतार-चढ़ाव और सिस्टम स्थिरता का एक अति-उच्च स्तर मिलता है। हर साल, नई खोजों के कारण, प्रक्रियाओं का आधुनिकीकरण किया जाता है। बहुत पहले नहीं, द नेशनल इंस्टीट्यूट fStandardsand Technology (NIST) के विशेषज्ञ चैंपियन बने, एक पूर्ण विश्व रिकॉर्ड बनाया। वे परमाणु घड़ी (स्ट्रोंटियम पर आधारित) की सटीकता को न्यूनतम विचलन तक लाने में सक्षम थे, अर्थात्: 15 अरब वर्षों के लिए, एक सेकंड चलता है। हां, हां, आपको नहीं लगा कि यह वह युग है जो अब हमारे ब्रह्मांड को सौंपा जा रहा है। यह एक बहुत बड़ी खोज है! आखिरकार, यह स्ट्रोंटियम था जिसने इस रिकॉर्ड में सबसे महत्वपूर्ण भूमिका निभाई। इसके स्थानिक जाली में स्ट्रोंटियम के गतिमान परमाणु, जिसे वैज्ञानिकों ने एक लेज़र का उपयोग करके बनाया था, ने "टिकिंग" के एक एनालॉग के रूप में कार्य किया। हमेशा की तरह विज्ञान में, सिद्धांत रूप में सब कुछ आकर्षक और पहले से ही बेहतर लगता है, लेकिन ऐसी प्रणाली की अस्थिरता व्यवहार में कम हर्षित हो सकती है। इसकी अस्थिरता के कारण ही सीज़ियम-आधारित डिवाइस ने दुनिया भर में लोकप्रियता हासिल की।

अब विचार करें कि इस तरह के उपकरण में क्या होता है। यहाँ मुख्य विवरण हैं:

• क्वांटम विवेचक;
• क्वार्ट्ज जनरेटर;
• इलेक्ट्रॉनिक्स।

एक क्वार्ट्ज थरथरानवाला एक प्रकार का स्व-थरथरानवाला है, लेकिन एक गुंजयमान तत्व का उत्पादन करने के लिए, यह क्वार्ट्ज क्रिस्टल के पीजोइलेक्ट्रिक मोड का उपयोग करता है।

एक क्वांटम विभेदक और एक क्वार्ट्ज थरथरानवाला होने के कारण, उनकी आवृत्ति के प्रभाव में, उनकी तुलना की जाती है, और जब एक अंतर का पता लगाया जाता है, तो प्रतिक्रिया सर्किट को क्रिस्टल ऑसिलेटर को आवश्यक मूल्य को समायोजित करने और स्थिरता और सटीकता बढ़ाने की आवश्यकता होती है। नतीजतन, आउटपुट पर हम डायल पर सटीक मान देखते हैं, जिसका अर्थ है सटीक समय।

शुरुआती मॉडल काफी बड़े थे, लेकिन अक्टूबर 2013 में, बाथिसहवाई ने लघु परमाणु कलाई घड़ी की रिहाई के साथ धूम मचा दी। सबसे पहले, सभी ने इस कथन को मजाक के रूप में लिया, लेकिन जल्द ही यह पता चला कि यह वास्तव में सच था, और वे काम करते हैं परमाणु स्रोत का आधार सीज़ियम 133 डिवाइस की सुरक्षा इस तथ्य से सुनिश्चित होती है कि रेडियोधर्मी तत्व एक विशेष कैप्सूल में गैस के रूप में निहित है। इस उपकरण की एक तस्वीर दुनिया भर में बिखरी हुई है।

परमाणु घड़ियों के विषय में कई लोग एक शक्ति स्रोत के मुद्दे में रुचि रखते हैं। बैटरी लिथियम-आयन बैटरी है। लेकिन अफसोस अभी यह पता नहीं चल पाया है कि ऐसी बैटरी कितने समय तक चलेगी।

बाथिसहवाई घड़ियाँ वास्तव में पहली परमाणु कलाई घड़ियाँ थीं। पहले, अपेक्षाकृत पोर्टेबल डिवाइस के रिलीज के मामले पहले से ही ज्ञात थे, लेकिन दुर्भाग्य से, इसमें परमाणु ऊर्जा स्रोत नहीं था, लेकिन केवल वायरलेस रेडियो के माध्यम से वास्तविक समग्र घड़ियों के साथ सिंक्रनाइज़ किया गया था। इस तरह के गैजेट की लागत का भी उल्लेख करना उचित है। आनंद का अनुमान 12 हजार अमेरिकी डॉलर था। यह स्पष्ट था कि इस तरह की कीमत के साथ, घड़ियों को व्यापक लोकप्रियता नहीं मिलेगी, लेकिन कंपनी ने इसके लिए प्रयास नहीं किया, क्योंकि उन्होंने उन्हें बहुत सीमित बैच में जारी किया था।

हम कई प्रकार की परमाणु घड़ियों के बारे में जानते हैं। उनके डिजाइन और सिद्धांतों में कोई महत्वपूर्ण अंतर नहीं है, लेकिन फिर भी कुछ अंतर हैं। तो, मुख्य परिवर्तन और उनके तत्वों को खोजने के साधन में हैं। निम्नलिखित प्रकार की घड़ियों को प्रतिष्ठित किया जा सकता है:

1. हाइड्रोजन। उनका सार इस तथ्य में निहित है कि हाइड्रोजन परमाणु ऊर्जा के सही स्तर पर समर्थित हैं, लेकिन दीवारें एक विशेष सामग्री से बनी हैं। इसके आधार पर, हम यह निष्कर्ष निकालते हैं कि यह हाइड्रोजन परमाणु हैं जो बहुत जल्दी अपनी ऊर्जा अवस्था खो देते हैं।
2. सीज़ियम उनके लिए आधार सीज़ियम बीम हैं। यह ध्यान देने योग्य है कि ये घड़ियाँ सबसे सटीक हैं।
3. रूबिडियम। वे सबसे सरल और बहुत कॉम्पैक्ट हैं।

जैसा कि पहले उल्लेख किया गया है, परमाणु घड़ियाँ बहुत महंगी गैजेट हैं। इस प्रकार, पॉकेट वॉच हॉप्ट्रॉफ़ नंबर 10 नई पीढ़ी के खिलौनों का एक उज्ज्वल प्रतिनिधि है। ऐसे स्टाइलिश और बेहद सटीक एक्सेसरी की कीमत 78 हजार डॉलर है। केवल 12 प्रतियां जारी की गईं। इस उपकरण का तंत्र एक उच्च-आवृत्ति थरथरानवाला प्रणाली का उपयोग करता है, जो एक जीपीएस सिग्नल से भी लैस है।

कंपनी यहीं नहीं रुकी और यह घड़ी के अपने दसवें संस्करण में है कि वह तंत्र को सोने के मामले में रखने की विधि को लागू करना चाहती है, जिसे एक लोकप्रिय 3D प्रिंटर पर मुद्रित किया जाएगा। यह अभी तक गणना नहीं की गई है कि मामले के इस संस्करण के लिए कितना सोना इस्तेमाल किया जाएगा, लेकिन इस उत्कृष्ट कृति का अनुमानित खुदरा मूल्य पहले से ही ज्ञात है - इसकी राशि लगभग 50 हजार पाउंड स्टर्लिंग है। और यह अंतिम कीमत नहीं है, हालांकि यह अनुसंधान के सभी संस्करणों के साथ-साथ गैजेट की नवीनता और विशिष्टता को भी ध्यान में रखता है।

घड़ियों के उपयोग के बारे में ऐतिहासिक तथ्य

कैसे, परमाणु घड़ियों के बारे में बात करते समय, उनसे जुड़े सबसे दिलचस्प तथ्यों और सामान्य रूप से समय का उल्लेख नहीं करना चाहिए:

1. क्या आप जानते हैं कि प्राचीन मिस्र में सबसे पुरानी धूपघड़ी मिली थी?
2. परमाणु घड़ियों की त्रुटि न्यूनतम है - यह 6 मिलियन वर्षों के लिए केवल 1 सेकंड है।
3. सभी जानते हैं कि एक मिनट में 60 सेकंड होते हैं। लेकिन बहुत कम लोगों ने बताया कि एक सेकंड में कितने मिलीसेकंड होते हैं? और वे कई नहीं हैं और कुछ नहीं - एक हजार!
4. हर पर्यटक जो लंदन जाने में सक्षम था, वह निश्चित रूप से बिग बेन को अपनी आंखों से देखना चाहता था। लेकिन दुर्भाग्य से, बहुत से लोग नहीं जानते हैं कि बिग बेन एक टावर नहीं है, बल्कि एक विशाल घंटी का नाम है जिसका वजन 13 टन है और टावर के अंदर बजता है।
5. क्या आपने कभी सोचा है कि हमारी घड़ियों की सूइयां बाएँ से दाएँ क्यों जाती हैं, या हम "घड़ी की दिशा में" कैसे कहते थे? यह तथ्य सीधे तौर पर इस बात से संबंधित है कि धूपघड़ी पर छाया कैसे चलती है।
6. पहली कलाई घड़ी का आविष्कार हाल ही में 1812 में किया गया था। वे नेपल्स की रानी के लिए ब्रेगुएट के संस्थापक द्वारा बनाए गए थे।
7. प्रथम विश्व युद्ध से पहले, कलाई घड़ियों को केवल एक महिला सहायक माना जाता था, लेकिन जल्द ही, उनकी सुविधा के कारण, उन्हें आबादी के पुरुष भाग द्वारा भी चुना गया था।

पुरालेख लेख

इस अत्यंत सटीक आंदोलन का आविष्कार और सिद्ध करने वाले "घड़ी बनाने वाले" क्या हैं? क्या उसके लिए कोई प्रतिस्थापन है? आइए इसे जानने की कोशिश करते हैं।

2012 में, एटॉमिक टाइमकीपिंग अपनी 45वीं वर्षगांठ मनाएगा। 1967 में, इंटरनेशनल सिस्टम ऑफ यूनिट्स में समय की श्रेणी को खगोलीय पैमानों से नहीं, बल्कि सीज़ियम फ़्रीक्वेंसी मानक द्वारा निर्धारित किया जाने लगा। आम लोगों में है कि वे इसे परमाणु घड़ी कहते हैं।

परमाणु थरथरानवाला के संचालन का सिद्धांत क्या है? गुंजयमान आवृत्ति के स्रोत के रूप में, ये "उपकरण" परमाणुओं या अणुओं के क्वांटम ऊर्जा स्तरों का उपयोग करते हैं। क्वांटम यांत्रिकी "परमाणु नाभिक - इलेक्ट्रॉनों" प्रणाली के साथ कई असतत ऊर्जा स्तरों को जोड़ता है। एक निश्चित आवृत्ति का विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र इस प्रणाली के निम्न स्तर से उच्च स्तर तक संक्रमण को भड़का सकता है। विपरीत घटना भी संभव है: एक परमाणु ऊर्जा के उत्सर्जन के साथ उच्च ऊर्जा स्तर से निचले स्तर पर जा सकता है। दोनों घटनाओं को नियंत्रित किया जा सकता है और इन ऊर्जा इंटरलेवल कूदों को ठीक किया जा सकता है, जिससे एक ऑसीलेटरी सर्किट की समानता पैदा हो सकती है। इस सर्किट की गुंजयमान आवृत्ति प्लैंक के स्थिरांक से विभाजित दो संक्रमण स्तरों के बीच ऊर्जा अंतर के बराबर होगी।

परिणामी परमाणु थरथरानवाला के अपने खगोलीय और यांत्रिक पूर्ववर्तियों पर निर्विवाद फायदे हैं। थरथरानवाला के लिए चुने गए पदार्थ के सभी परमाणुओं की गुंजयमान आवृत्ति समान होगी, पेंडुलम और पीज़ोक्रिस्टल के विपरीत। इसके अलावा, परमाणु खराब नहीं होते हैं और समय के साथ अपने गुणों को नहीं बदलते हैं। लगभग शाश्वत और अत्यंत सटीक कालक्रम के लिए एक आदर्श विकल्प।

पहली बार, 1879 में ब्रिटिश भौतिक विज्ञानी विलियम थॉमसन, जिन्हें लॉर्ड केल्विन के नाम से जाना जाता है, द्वारा आवृत्ति मानक के रूप में परमाणुओं में अंतर-स्तरीय ऊर्जा संक्रमणों का उपयोग करने की संभावना पर विचार किया गया था। उन्होंने गुंजयमान परमाणुओं के स्रोत के रूप में हाइड्रोजन का उपयोग करने का प्रस्ताव रखा। हालाँकि, उनका शोध प्रकृति में अधिक सैद्धांतिक था। उस समय का विज्ञान अभी तक परमाणु क्रोनोमीटर विकसित करने के लिए तैयार नहीं था।

लॉर्ड केल्विन के विचार को साकार होने में लगभग सौ साल लग गए। लंबा समय था, लेकिन काम भी आसान नहीं था। परमाणुओं को आदर्श पेंडुलम में बदलना सिद्धांत की तुलना में व्यवहार में अधिक कठिन साबित हुआ। कठिनाई तथाकथित गुंजयमान चौड़ाई के साथ लड़ाई में थी - परमाणु के स्तर से स्तर तक बढ़ने पर ऊर्जा के अवशोषण और उत्सर्जन की आवृत्ति में एक छोटा उतार-चढ़ाव। गुंजयमान आवृत्ति और गुंजयमान चौड़ाई का अनुपात परमाणु थरथरानवाला की गुणवत्ता निर्धारित करता है। जाहिर है, गुंजयमान चौड़ाई का मान जितना बड़ा होगा, परमाणु पेंडुलम की गुणवत्ता उतनी ही कम होगी। दुर्भाग्य से, गुणवत्ता में सुधार के लिए गुंजयमान आवृत्ति को बढ़ाना संभव नहीं है। यह प्रत्येक विशेष पदार्थ के परमाणुओं के लिए स्थिर है। लेकिन परमाणुओं के प्रेक्षण समय को बढ़ाकर गुंजयमान चौड़ाई को कम किया जा सकता है।

तकनीकी रूप से, इसे निम्नानुसार प्राप्त किया जा सकता है: एक बाहरी, उदाहरण के लिए, क्वार्ट्ज, ऑसिलेटर समय-समय पर विद्युत चुम्बकीय विकिरण उत्पन्न करते हैं, जिससे दाता पदार्थ के परमाणु ऊर्जा के स्तर पर कूद जाते हैं। इस मामले में, परमाणु क्रोनोग्रफ़ के ट्यूनर का कार्य इस क्वार्ट्ज थरथरानवाला की आवृत्ति का अधिकतम सन्निकटन है जो परमाणुओं के इंटरलेवल संक्रमण की गुंजयमान आवृत्ति है। यह परमाणुओं के कंपन के अवलोकन की पर्याप्त लंबी अवधि और क्वार्ट्ज की आवृत्ति को नियंत्रित करने वाली प्रतिक्रिया के निर्माण के मामले में संभव हो जाता है।

सच है, परमाणु कालक्रम में गुंजयमान चौड़ाई को कम करने की समस्या के अलावा और भी कई समस्याएं हैं। यह डॉपलर प्रभाव है - परमाणुओं की गति और परमाणुओं के आपसी टकराव के कारण गुंजयमान आवृत्ति में बदलाव, जिससे अनियोजित ऊर्जा संक्रमण होता है, और यहां तक ​​कि डार्क मैटर की सर्वव्यापी ऊर्जा का प्रभाव भी होता है।

पहली बार, परमाणु घड़ियों के व्यावहारिक कार्यान्वयन का प्रयास पिछली शताब्दी के तीसवें दशक में कोलंबिया विश्वविद्यालय के वैज्ञानिकों द्वारा भविष्य के नोबेल पुरस्कार विजेता डॉ। इसिडोर रबी के मार्गदर्शन में किया गया था। रबी ने पेंडुलम परमाणुओं के स्रोत के रूप में सीज़ियम आइसोटोप 133 Cs का उपयोग करने का प्रस्ताव रखा। दुर्भाग्य से, रबी का काम, जिसमें एनबीएस में बहुत दिलचस्पी थी, द्वितीय विश्व युद्ध से बाधित हो गया था।

इसके पूरा होने के बाद, परमाणु क्रोनोग्रफ़ के कार्यान्वयन में चैंपियनशिप एनबीएस कर्मचारी हेरोल्ड लियोन को पारित कर दी गई। उनके परमाणु थरथरानवाला ने अमोनिया पर काम किया और क्वार्ट्ज रेज़ोनेटर के सर्वोत्तम उदाहरणों के अनुरूप त्रुटि दी। 1949 में आम जनता के लिए अमोनिया परमाणु घड़ियों का प्रदर्शन किया गया। औसत दर्जे की सटीकता के बावजूद, उन्होंने परमाणु कालक्रम की भावी पीढ़ियों के बुनियादी सिद्धांतों को लागू किया।

लुई एसेन द्वारा प्राप्त सीज़ियम परमाणु घड़ी के प्रोटोटाइप ने 1 * 10 -9 की सटीकता प्रदान की, जबकि केवल 340 हर्ट्ज की प्रतिध्वनि चौड़ाई थी।

थोड़ी देर बाद, हार्वर्ड विश्वविद्यालय के प्रोफेसर नॉर्मन रैमसे ने डॉपलर प्रभाव के मापन की सटीकता पर प्रभाव को कम करते हुए, इसिडोर रबी के विचारों में सुधार किया। उन्होंने परमाणुओं को उत्तेजित करने वाली एक लंबी उच्च आवृत्ति वाली पल्स के बजाय, एक दूसरे से कुछ दूरी पर वेवगाइड की बाहों में भेजे गए दो छोटे लोगों का उपयोग करने का प्रस्ताव रखा। इसने गुंजयमान चौड़ाई को काफी कम करना संभव बना दिया और वास्तव में परमाणु थरथरानवाला बनाना संभव बना दिया जो सटीकता में उनके क्वार्ट्ज पूर्वजों की तुलना में बेहतर परिमाण का एक क्रम है।

पिछली शताब्दी के पचास के दशक में, नेशनल फिजिकल लेबोरेटरी (ग्रेट ब्रिटेन) में नॉर्मन रैमसे द्वारा प्रस्तावित योजना के आधार पर, इसके कर्मचारी लुई एसेन ने रबी द्वारा पहले प्रस्तावित सीज़ियम आइसोटोप 133 Cs पर आधारित एक परमाणु थरथरानवाला पर काम किया था। सीज़ियम संयोग से नहीं चुना गया था।

सीज़ियम-133 समस्थानिक के परमाणुओं के अति सूक्ष्म संक्रमण स्तरों की योजना

क्षार धातुओं के समूह से संबंधित, सीज़ियम परमाणु ऊर्जा स्तरों के बीच कूदने के लिए बेहद आसानी से उत्साहित होते हैं। इसलिए, उदाहरण के लिए, प्रकाश की किरण सीज़ियम की परमाणु संरचना से इलेक्ट्रॉनों की एक धारा को बाहर निकालने में आसानी से सक्षम है। यह इस गुण के कारण है कि फोटोडेटेक्टर में सीज़ियम का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है।

रैमसे वेवगाइड पर आधारित शास्त्रीय सीज़ियम थरथरानवाला का उपकरण

पहला आधिकारिक सीज़ियम आवृत्ति मानक NBS-1

NBS-1 के वंशज - NIST-7 थरथरानवाला ने सीज़ियम परमाणुओं के बीम के लेजर पंपिंग का इस्तेमाल किया

एसेन के प्रोटोटाइप को वास्तविक मानक बनने में चार साल से अधिक समय लगा। आखिरकार, समय की मौजूदा पंचांग इकाइयों के साथ तुलना करके ही परमाणु घड़ियों की बारीक ट्यूनिंग संभव थी। चार वर्षों के लिए, अमेरिकी नौसेना वेधशाला के विलियम मार्कोविट्ज़ द्वारा आविष्कार किए गए सबसे सटीक चंद्र कैमरे का उपयोग करके पृथ्वी के चारों ओर चंद्रमा के घूर्णन को देखकर परमाणु थरथरानवाला को कैलिब्रेट किया गया था।

चंद्र पंचांग के लिए परमाणु घड़ियों का "समायोजन" 1955 से 1958 तक किया गया था, जिसके बाद डिवाइस को आधिकारिक तौर पर एनबीएस द्वारा आवृत्ति मानक के रूप में मान्यता दी गई थी। इसके अलावा, सीज़ियम परमाणु घड़ियों की अभूतपूर्व सटीकता ने एनबीएस को एसआई मानक में समय की इकाई को बदलने के लिए प्रेरित किया। 1958 से, "सीज़ियम-133 आइसोटोप परमाणु के मानक राज्य के दो हाइपरफाइन स्तरों के बीच संक्रमण के अनुरूप विकिरण की 9,192,631,770 अवधियों की अवधि" को आधिकारिक तौर पर एक सेकंड के रूप में अपनाया गया है।

लुई एसेन के उपकरण को एनबीएस-1 नाम दिया गया था और इसे पहला सीज़ियम आवृत्ति मानक माना जाता था।

अगले तीस वर्षों में, NBS-1 के छह संशोधन विकसित किए गए, जिनमें से नवीनतम, NIST-7, जिसे 1993 में लेज़र ट्रैप के साथ मैग्नेट को बदलकर बनाया गया था, केवल एक गुंजयमान चौड़ाई के साथ 5 * 10 -15 की सटीकता प्रदान करता है। बासठ हर्ट्ज।

एनबीएस द्वारा प्रयुक्त सीज़ियम आवृत्ति मानकों की विशेषताओं की तुलना तालिका

सीज़ियम आवृत्ति मानक	काम करने का समय	आधिकारिक एनपीएफएस मानक के रूप में परिचालन समय	गुंजयमान चौड़ाई	माइक्रोवेव गाइड लंबाई	त्रुटि मान
NBS -1	1952-1962	1959-1960	300 हर्ट्ज	55 सेमी	1*10 -11
एनबीएस-2	1959-1965	1960-1963	110 हर्ट्ज	164 सेमी	8*10 -12
एनबीएस-3	1959-1970	1963-1970	48 हर्ट्ज	366 सेमी	5*10 -13
NBS -4	1965-1990s	नहीं	130 हर्ट्ज	52.4 सेमी	3*10 -13
NBS -5	1966-1974	1972-1974	45 हर्ट्ज	374 सेमी	2*10 -13
NBS -6	1974-1993	1975-1993	26 हर्ट्ज	374 सेमी	8*10 -14
एनबीएस-7	1988-2001	1993-1998	62 हर्ट्ज	155 सेमी	5*10 -15

एनबीएस उपकरण स्थिर परीक्षण बेंच हैं, जो उन्हें व्यावहारिक रूप से उपयोग किए जाने वाले ऑसिलेटर की तुलना में मानकों के रूप में अधिक वर्गीकृत करना संभव बनाता है। लेकिन विशुद्ध रूप से व्यावहारिक उद्देश्यों के लिए, हेवलेट-पैकार्ड ने सीज़ियम आवृत्ति मानक के लाभ के लिए काम किया है। 1964 में, भविष्य के कंप्यूटर दिग्गज ने सीज़ियम फ़्रीक्वेंसी मानक का एक कॉम्पैक्ट संस्करण बनाया - HP 5060A डिवाइस।

NBS मानकों का उपयोग करके कैलिब्रेट किया गया, HP 5060 आवृत्ति मानक एक विशिष्ट रेडियो उपकरण रैक में फिट होते हैं और एक व्यावसायिक सफलता थी। यह हेवलेट-पैकार्ड द्वारा निर्धारित सीज़ियम आवृत्ति मानक के लिए धन्यवाद था कि परमाणु घड़ियों की अभूतपूर्व सटीकता जनता तक गई।

हेवलेट-पैकार्ड 5060A।

नतीजतन, उपग्रह टेलीविजन और संचार, वैश्विक नेविगेशन सिस्टम और सूचना नेटवर्क समय सिंक्रनाइज़ेशन सेवाएं जैसी चीजें संभव हो गईं। एक औद्योगिक डिजाइन में लाई गई परमाणु क्रोनोग्रफ़ तकनीक के कई अनुप्रयोग थे। उसी समय, हेवलेट-पैकार्ड यहीं नहीं रुका और लगातार सीज़ियम मानकों और उनके वजन और आकार संकेतकों की गुणवत्ता में सुधार किया।

परमाणु घड़ियों का हेवलेट-पैकार्ड परिवार

2005 में, हेवलेट-पैकार्ड के परमाणु घड़ी प्रभाग को सिमेट्रिकॉम को बेच दिया गया था।

सीज़ियम के साथ, जिसका प्रकृति में भंडार बहुत सीमित है, और विभिन्न तकनीकी क्षेत्रों में इसकी मांग बहुत अधिक है, रुबिडियम, जो सीज़ियम के गुणों में बहुत समान है, का उपयोग दाता पदार्थ के रूप में किया गया था।

ऐसा लगता है कि परमाणु घड़ियों की मौजूदा योजना को पूर्णता में लाया गया है। इस बीच, इसमें एक दुर्भाग्यपूर्ण कमी थी, जिसका उन्मूलन दूसरी पीढ़ी के सीज़ियम आवृत्ति मानकों में संभव हो गया, जिसे सीज़ियम फव्वारे कहा जाता है।

समय के फव्वारे और ऑप्टिकल गुड़

NIST-7 परमाणु कालक्रम की उच्चतम सटीकता के बावजूद, जो सीज़ियम परमाणुओं की स्थिति का लेजर पता लगाने का उपयोग करता है, इसकी योजना मौलिक रूप से सीज़ियम आवृत्ति मानकों के पहले संस्करणों की योजनाओं से भिन्न नहीं है।

और इन सभी योजनाओं का डिज़ाइन दोष यह है कि वेवगाइड में चलते हुए सीज़ियम परमाणुओं के बीम की प्रसार गति को नियंत्रित करना मौलिक रूप से असंभव है। और यह इस तथ्य के बावजूद कि कमरे के तापमान पर सीज़ियम परमाणुओं की गति एक सौ मीटर प्रति सेकंड है। तुरन्त चुप।

यही कारण है कि सीज़ियम मानकों के सभी संशोधन वेवगाइड के आकार के बीच संतुलन की खोज है, जिसमें दो बिंदुओं पर तेजी से सीज़ियम परमाणुओं पर कार्य करने का समय है, और इस प्रभाव के परिणामों का पता लगाने की सटीकता है। वेवगाइड जितना छोटा होगा, समान परमाणुओं को प्रभावित करने वाले क्रमिक विद्युत चुम्बकीय दालों को बनाना उतना ही कठिन होगा।

लेकिन क्या होगा अगर हम सीज़ियम परमाणुओं की गति को कम करने का कोई तरीका खोज लें? यह ठीक यही विचार था कि मैसाचुसेट्स इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी के एक छात्र, जेरोल्ड ज़ाचरियस, जिन्होंने पिछली शताब्दी के उत्तरार्ध में परमाणुओं के व्यवहार पर गुरुत्वाकर्षण के प्रभाव का अध्ययन किया था, ने भाग लिया। बाद में, सीज़ियम आवृत्ति मानक एटोमिक्रोन के एक प्रकार के विकास में शामिल, ज़ाचरियस ने एक सीज़ियम फव्वारे के विचार का प्रस्ताव रखा - सीज़ियम परमाणुओं की गति को एक सेंटीमीटर प्रति सेकंड तक कम करने और दो-हाथ वाले वेवगाइड से छुटकारा पाने की एक विधि पारंपरिक परमाणु थरथरानवाला।

जकारियस का विचार सरल था। क्या होगा यदि आप सीज़ियम परमाणुओं को थरथरानवाला के अंदर लंबवत चलाते हैं? फिर वही परमाणु डिटेक्टर से दो बार गुजरेंगे: पहली बार ऊपर की ओर यात्रा करते समय, और दूसरी बार नीचे, जहां वे गुरुत्वाकर्षण के प्रभाव में भागेंगे। उसी समय, परमाणुओं की नीचे की ओर गति उनके टेक-ऑफ की तुलना में बहुत धीमी होगी, क्योंकि फव्वारे में यात्रा के दौरान वे ऊर्जा खो देंगे। दुर्भाग्य से, पिछली शताब्दी के पचास के दशक में, जकरियस अपने विचारों को महसूस नहीं कर सका। अपने प्रायोगिक सेटअप में, ऊपर जाने वाले परमाणुओं ने नीचे गिरने वालों के साथ बातचीत की, जिससे पता लगाने की सटीकता कम हो गई।

जकारियस का विचार अस्सी के दशक में ही लौटा। स्टीवन चू के नेतृत्व में स्टैनफोर्ड यूनिवर्सिटी के वैज्ञानिकों ने एक तकनीक का उपयोग करके ज़ाचरियस फाउंटेन को लागू करने का एक तरीका खोजा है जिसे वे "ऑप्टिकल गुड़" कहते हैं।

चू सीज़ियम फव्वारे में, सीज़ियम परमाणुओं के एक बादल को ऊपर की ओर गोली मार दी जाती है, जो सीज़ियम परमाणुओं के ऑप्टिकल अनुनाद के ठीक नीचे एक गुंजयमान आवृत्ति वाले विपरीत निर्देशित लेज़रों के तीन जोड़े की एक प्रणाली द्वारा पूर्व-ठंडा होता है।

ऑप्टिकल शीरे के साथ एक सीज़ियम फव्वारे का आरेख।

लेजर द्वारा ठंडा किया गया, सीज़ियम परमाणु धीरे-धीरे चलने लगते हैं, जैसे कि गुड़ के माध्यम से। उनकी गति घटकर तीन मीटर प्रति सेकंड हो जाती है। परमाणुओं की गति को कम करने से शोधकर्ताओं को स्थिति का अधिक सटीक पता लगाने का अवसर मिलता है (एक सौ किलोमीटर प्रति घंटे की गति से चलने वाली कार की तुलना में एक किलोमीटर प्रति घंटे की गति से चलती कार की संख्या को देखना बहुत आसान है)।

कूल्ड सीज़ियम परमाणुओं की एक गेंद को एक मीटर के बारे में लॉन्च किया जाता है, जो रास्ते में एक वेवगाइड से गुजरता है, जिसके माध्यम से गुंजयमान आवृत्ति का एक विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र परमाणुओं पर कार्य करता है। और सिस्टम का डिटेक्टर पहली बार परमाणुओं की स्थिति में बदलाव को पकड़ लेता है। "छत" तक पहुंचने के बाद, ठंडा परमाणु गुरुत्वाकर्षण के कारण गिरने लगते हैं और दूसरी बार वेवगाइड से गुजरते हैं। वापस रास्ते में, डिटेक्टर फिर से उनकी स्थिति पर कब्जा कर लेता है। चूंकि परमाणु अत्यंत धीमी गति से चलते हैं, काफी घने बादल के रूप में उनकी उड़ान को नियंत्रित करना आसान होता है, जिसका अर्थ है कि फव्वारे में एक ही समय में ऊपर और नीचे उड़ने वाले परमाणु नहीं होंगे।

चू के सीज़ियम फाउंटेन सेटअप को 1998 में NBS द्वारा आवृत्ति मानक के रूप में अपनाया गया था और इसे NIST-F1 नाम दिया गया था। इसकी त्रुटि 4 * 10 -16 थी, जिसका अर्थ है कि NIST-F1 अपने पूर्ववर्ती NIST-7 की तुलना में अधिक सटीक था।

वास्तव में, NIST-F1 सीज़ियम परमाणुओं की स्थिति को मापने में सटीकता की सीमा तक पहुँच गया। लेकिन वैज्ञानिक इस जीत पर नहीं रुके। उन्होंने पूरी तरह से काले शरीर के विकिरण द्वारा परमाणु घड़ियों के काम में शुरू की गई त्रुटि को खत्म करने का फैसला किया - स्थापना के शरीर के थर्मल विकिरण के साथ सीज़ियम परमाणुओं की बातचीत का परिणाम जिसमें वे चलते हैं। नए NIST-F2 परमाणु क्रोनोग्रफ़ में, क्रायोजेनिक कक्ष में एक सीज़ियम फव्वारा रखा गया था, जिससे ब्लैक बॉडी विकिरण लगभग शून्य हो गया। त्रुटि का NIST-F2 मार्जिन एक अविश्वसनीय 3*10 -17 है।

सीज़ियम आवृत्ति मानकों के वेरिएंट की त्रुटि में कमी का ग्राफ

वर्तमान में, सीज़ियम फव्वारे पर आधारित परमाणु घड़ियाँ मानवता को समय का सबसे सटीक मानक देती हैं, जिसके सापेक्ष हमारी तकनीकी सभ्यता की नब्ज धड़कती है। इंजीनियरिंग ट्रिक्स के लिए धन्यवाद, स्पंदित हाइड्रोजन मेसर जो NIST-F1 और NIST-F2 के स्थिर संस्करणों में सीज़ियम परमाणुओं को ठंडा करते हैं, को मैग्नेटो-ऑप्टिकल सिस्टम के साथ जोड़े गए पारंपरिक लेजर बीम से बदल दिया गया है। इससे एनआईएसटी-एफएक्स मानकों के कॉम्पैक्ट और बहुत प्रतिरोधी संस्करण बनाना संभव हो गया, जो अंतरिक्ष यान में काम करने में सक्षम हैं। उपयुक्त रूप से "एयरोस्पेस कोल्ड एटम क्लॉक" नाम दिया गया, ये आवृत्ति मानक जीपीएस जैसे नेविगेशन सिस्टम के उपग्रहों में सेट किए गए हैं, जो उन्हें हमारे गैजेट्स में उपयोग किए गए जीपीएस रिसीवर के निर्देशांक की बहुत सटीक गणना की समस्या को हल करने के लिए अद्भुत सिंक्रनाइज़ेशन प्रदान करता है।

सीज़ियम फाउंटेन परमाणु घड़ी का एक कॉम्पैक्ट संस्करण जिसे "एयरोस्पेस कोल्ड एटम क्लॉक" कहा जाता है, का उपयोग जीपीएस उपग्रहों में किया जाता है।

संदर्भ समय की गणना NBS के सहयोग से विभिन्न अनुसंधान केंद्रों पर स्थित दस NIST-F2s के "पहनावा" द्वारा की जाती है। परमाणु सेकंड का सटीक मूल्य सामूहिक रूप से प्राप्त किया जाता है, और इस प्रकार विभिन्न त्रुटियां और मानव कारक का प्रभाव समाप्त हो जाता है।

हालांकि, यह संभव है कि एक दिन हमारे वंशजों द्वारा सीज़ियम आवृत्ति मानक को समय मापने के लिए एक बहुत ही कच्चे तंत्र के रूप में माना जाएगा, जैसा कि अब हम कृपालु रूप से हमारे पूर्वजों के यांत्रिक दादा घड़ियों में पेंडुलम की गति को देखते हैं।

परमाणु घड़ियाँ आज अस्तित्व में सबसे सटीक टाइमकीपिंग उपकरण हैं और आधुनिक तकनीक के विकास और अधिक परिष्कृत होने के साथ-साथ महत्वपूर्ण होती जा रही हैं।

संचालन का सिद्धांत

परमाणु घड़ियाँ रेडियोधर्मी क्षय के कारण सटीक समय नहीं रखती हैं, जैसा कि उनके नाम से लग सकता है, लेकिन नाभिक और उनके आसपास के इलेक्ट्रॉनों के कंपन का उपयोग करके। उनकी आवृत्ति नाभिक के द्रव्यमान, गुरुत्वाकर्षण और धनात्मक आवेशित नाभिक और इलेक्ट्रॉनों के बीच इलेक्ट्रोस्टैटिक "बैलेंसर" द्वारा निर्धारित की जाती है। यह सामान्य घड़ी की कल से बिल्कुल मेल नहीं खाता। परमाणु घड़ियाँ अधिक विश्वसनीय टाइमकीपर होती हैं क्योंकि उनके उतार-चढ़ाव पर्यावरणीय कारकों जैसे आर्द्रता, तापमान या दबाव के साथ नहीं बदलते हैं।

परमाणु घड़ियों का विकास

वर्षों से, वैज्ञानिकों ने महसूस किया है कि परमाणुओं में विद्युत चुम्बकीय विकिरण को अवशोषित और उत्सर्जित करने की क्षमता के साथ जुड़े अनुनाद आवृत्तियां होती हैं। 1930 और 1940 के दशक में, उच्च आवृत्ति संचार और रडार उपकरण विकसित किए गए थे जो परमाणुओं और अणुओं की अनुनाद आवृत्तियों के साथ बातचीत कर सकते थे। इसने घड़ी के विचार में योगदान दिया।

पहली प्रतियां 1949 में राष्ट्रीय मानक और प्रौद्योगिकी संस्थान (NIST) द्वारा बनाई गई थीं। अमोनिया का उपयोग कंपन स्रोत के रूप में किया जाता था। हालांकि, वे मौजूदा समय मानक से अधिक सटीक नहीं थे, और अगली पीढ़ी में सीज़ियम का उपयोग किया गया था।

नया मानक

समय की सटीकता में परिवर्तन इतना बड़ा था कि 1967 में वजन और माप पर सामान्य सम्मेलन ने SI सेकंड को इसकी गुंजयमान आवृत्ति पर एक सीज़ियम परमाणु के 9,192,631,770 कंपनों के रूप में परिभाषित किया। इसका मतलब था कि समय का अब पृथ्वी की गति से कोई संबंध नहीं था। दुनिया में सबसे स्थिर परमाणु घड़ी 1968 में बनाई गई थी और 1990 के दशक तक NIST समय संदर्भ प्रणाली के हिस्से के रूप में इसका इस्तेमाल किया गया था।

सुधार कार

इस क्षेत्र में नवीनतम प्रगति में से एक लेजर कूलिंग है। इसने सिग्नल-टू-शोर अनुपात में सुधार किया और क्लॉक सिग्नल में अनिश्चितता को कम किया। सीज़ियम घड़ी को बेहतर बनाने के लिए उपयोग की जाने वाली इस शीतलन प्रणाली और अन्य उपकरणों को इसे रखने के लिए एक रेलरोड कार के आकार की जगह की आवश्यकता होगी, हालांकि व्यावसायिक विकल्प सूटकेस में फिट हो सकते हैं। इन प्रयोगशाला सुविधाओं में से एक बोल्डर, कोलोराडो में समय रखता है, और यह पृथ्वी पर सबसे सटीक घड़ी है। वे प्रति दिन केवल 2 नैनोसेकंड, या 1.4 मिलियन वर्षों में 1 सेकंड के लिए गलत हैं।

परिष्कृत तकनीक

यह जबरदस्त सटीकता एक जटिल निर्माण प्रक्रिया का परिणाम है। सबसे पहले तरल सीज़ियम को एक भट्टी में रखा जाता है और तब तक गर्म किया जाता है जब तक कि वह गैस में न बदल जाए। भट्ठी में एक छोटे से छेद के माध्यम से धातु के परमाणु तेज गति से बाहर निकलते हैं। इलेक्ट्रोमैग्नेट उन्हें अलग-अलग ऊर्जाओं के साथ अलग-अलग बीम में अलग कर देते हैं। आवश्यक बीम यू-आकार के छेद से होकर गुजरता है, और परमाणु 9.192.631.770 हर्ट्ज की आवृत्ति पर माइक्रोवेव ऊर्जा के संपर्क में आते हैं। इसके कारण, वे उत्साहित होते हैं और एक अलग ऊर्जा अवस्था में चले जाते हैं। चुंबकीय क्षेत्र तब परमाणुओं की अन्य ऊर्जा अवस्थाओं को फ़िल्टर करता है।

डिटेक्टर सीज़ियम के प्रति प्रतिक्रिया करता है और सही आवृत्ति मान पर अधिकतम दिखाता है। यह क्रिस्टल थरथरानवाला स्थापित करने के लिए आवश्यक है जो क्लॉकिंग तंत्र को नियंत्रित करता है। इसकी आवृत्ति को 9.192.631.770 से विभाजित करने पर एक पल्स प्रति सेकंड प्राप्त होता है।

सीज़ियम ही नहीं

हालाँकि सबसे आम परमाणु घड़ियाँ सीज़ियम के गुणों का उपयोग करती हैं, लेकिन अन्य प्रकार भी हैं। वे लागू तत्व और ऊर्जा स्तर में परिवर्तन को निर्धारित करने के साधनों में भिन्न होते हैं। अन्य सामग्री हाइड्रोजन और रूबिडियम हैं। हाइड्रोजन परमाणु घड़ियाँ सीज़ियम घड़ियों की तरह काम करती हैं, लेकिन एक विशेष सामग्री से बनी दीवारों के साथ एक कंटेनर की आवश्यकता होती है जो परमाणुओं को बहुत जल्दी ऊर्जा खोने से रोकता है। रूबिडियम घड़ियाँ सबसे सरल और कॉम्पैक्ट हैं। उनमें, गैसीय रूबिडियम से भरा एक ग्लास सेल माइक्रोवेव आवृत्ति के संपर्क में आने पर प्रकाश के अवशोषण को बदल देता है।

सटीक समय किसे चाहिए?

आज, समय को अत्यधिक सटीकता के साथ गिना जा सकता है, लेकिन यह महत्वपूर्ण क्यों है? यह मोबाइल फोन, इंटरनेट, जीपीएस, विमानन कार्यक्रम और डिजिटल टेलीविजन जैसी प्रणालियों में आवश्यक है। पहली नज़र में, यह स्पष्ट नहीं है।

समय का कितना सटीक उपयोग किया जाता है इसका एक उदाहरण पैकेट सिंक्रनाइज़ेशन है। हजारों फोन कॉल मिडिल लाइन से होकर गुजरते हैं। यह केवल इसलिए संभव है क्योंकि बातचीत पूरी तरह से प्रसारित नहीं होती है। टेलीकॉम कंपनी इसे छोटे-छोटे पैकेटों में बांट देती है और यहां तक ​​कि कुछ सूचनाओं को छोड़ भी देती है। फिर वे अन्य बातचीत के पैकेट के साथ लाइन से गुजरते हैं और दूसरे छोर पर बिना मिलाए बहाल हो जाते हैं। टेलीफोन एक्सचेंज क्लॉक सिस्टम यह निर्धारित कर सकता है कि सूचना भेजे जाने के ठीक समय तक कौन से पैकेट दिए गए वार्तालाप से संबंधित हैं।

GPS

सटीक समय का एक और कार्यान्वयन ग्लोबल पोजिशनिंग सिस्टम है। इसमें 24 उपग्रह होते हैं जो अपने निर्देशांक और समय को संचारित करते हैं। कोई भी जीपीएस रिसीवर उनसे जुड़ सकता है और प्रसारण समय की तुलना कर सकता है। अंतर उपयोगकर्ता को अपना स्थान निर्धारित करने की अनुमति देता है। यदि ये घड़ियाँ बहुत सटीक नहीं होतीं, तो GPS प्रणाली अव्यावहारिक और अविश्वसनीय होती।

पूर्णता की सीमा

प्रौद्योगिकी और परमाणु घड़ियों के विकास के साथ, ब्रह्मांड की अशुद्धियाँ ध्यान देने योग्य हो गईं। पृथ्वी असमान रूप से चलती है, जिससे वर्षों और दिनों की लंबाई में यादृच्छिक उतार-चढ़ाव होता है। अतीत में, इन परिवर्तनों पर किसी का ध्यान नहीं जाता था क्योंकि टाइमकीपिंग टूल बहुत गलत थे। हालांकि, शोधकर्ताओं और वैज्ञानिकों की निराशा के लिए, वास्तविक दुनिया की विसंगतियों की भरपाई के लिए परमाणु घड़ियों को समायोजित करना पड़ता है। आधुनिक तकनीक को आगे बढ़ाने के लिए वे अद्भुत उपकरण हैं, लेकिन उनकी पूर्णता प्रकृति द्वारा निर्धारित सीमाओं से ही सीमित है।

21वीं सदी में, उपग्रह नेविगेशन तीव्र गति से विकसित हो रहा है। आप किसी भी तरह से उपग्रहों से जुड़ी किसी भी वस्तु की स्थिति निर्धारित कर सकते हैं, चाहे वह मोबाइल फोन हो, कार हो या अंतरिक्ष यान हो। लेकिन इनमें से कोई भी परमाणु घड़ियों के बिना हासिल नहीं किया जा सकता था।
इसके अलावा, इन घड़ियों का उपयोग विभिन्न दूरसंचार में किया जाता है, उदाहरण के लिए, मोबाइल संचार में। यह अब तक की सबसे सटीक घड़ी है, है और रहेगी।उनके बिना, इंटरनेट सिंक्रनाइज़ नहीं होगा, हमें अन्य ग्रहों और सितारों आदि की दूरी का पता नहीं चलेगा।
घंटों में, 9,192,631,770 विद्युत चुम्बकीय विकिरण प्रति सेकंड लिए जाते हैं, जो कि सीज़ियम -133 परमाणु के दो ऊर्जा स्तरों के बीच संक्रमण के दौरान हुआ था। ऐसी घड़ियों को सीज़ियम घड़ी कहा जाता है। लेकिन यह तीन प्रकार की परमाणु घड़ियों में से केवल एक है। हाइड्रोजन और रूबिडियम घड़ियां भी हैं। हालाँकि, सीज़ियम घड़ियों का सबसे अधिक उपयोग किया जाता है, इसलिए हम अन्य प्रकारों पर ध्यान नहीं देंगे।

सीज़ियम परमाणु घड़ी कैसे काम करती है

लेजर सीज़ियम समस्थानिक के परमाणुओं को गर्म करता है और इस समय, अंतर्निर्मित गुंजयमान यंत्र परमाणुओं के सभी संक्रमणों को पंजीकृत करता है। और, जैसा कि पहले उल्लेख किया गया है, 9,192,631,770 संक्रमणों तक पहुंचने के बाद, एक सेकंड की गणना की जाती है।

वॉच केस में निर्मित एक लेज़र सीज़ियम आइसोटोप के परमाणुओं को गर्म करता है। इस समय, गुंजयमान यंत्र परमाणुओं के संक्रमण की संख्या को एक नए ऊर्जा स्तर पर पंजीकृत करता है। जब एक निश्चित आवृत्ति तक पहुँच जाता है, अर्थात् 9,192,631,770 संक्रमण (Hz), तो एक सेकंड की गणना अंतर्राष्ट्रीय SI प्रणाली के आधार पर की जाती है।

उपग्रह नेविगेशन में उपयोग करें

उपग्रह का उपयोग करके किसी वस्तु की सटीक स्थिति का निर्धारण करने की प्रक्रिया बहुत कठिन है। इसमें कई उपग्रह शामिल हैं, अर्थात् प्रति रिसीवर 4 से अधिक (उदाहरण के लिए, कार में जीपीएस नेविगेटर)।

प्रत्येक उपग्रह में एक उच्च-परिशुद्धता परमाणु घड़ी, एक उपग्रह रेडियो ट्रांसमीटर और एक डिजिटल कोड जनरेटर होता है। रेडियो ट्रांसमीटर एक डिजिटल कोड और उपग्रह के बारे में जानकारी पृथ्वी पर भेजता है, अर्थात् कक्षा पैरामीटर, मॉडल इत्यादि।

घड़ी निर्धारित करती है कि इस कोड को रिसीवर तक पहुंचने में कितना समय लगता है। इस प्रकार, रेडियो तरंगों के प्रसार की गति को जानकर, पृथ्वी पर रिसीवर की दूरी की गणना की जाती है। लेकिन इसके लिए एक उपग्रह पर्याप्त नहीं है। आधुनिक जीपीएस रिसीवर एक साथ 12 उपग्रहों से संकेत प्राप्त कर सकते हैं, जो आपको 4 मीटर तक की सटीकता के साथ किसी वस्तु का स्थान निर्धारित करने की अनुमति देता है। वैसे, यह ध्यान देने योग्य है कि जीपीएस नेविगेटर को सदस्यता शुल्क की आवश्यकता नहीं होती है।