Атомний Годинник

Роль «маятника» у ньому відіграють атоми. Частота випромінювання атомів при переході їх з одного енергетичного рівня на інший регулює хід атомного годинника. Ця частота настільки стабільна, що атомний годинник дозволяє вимірювати час точніше, ніж астрономічні методи.

З 1967 року міжнародна система одиниць SI визначає одну секунду як 9 192 631 770 періодів електромагнітного випромінювання при переходах між двома надтонкими рівнями основного стану атома цезію-133. Згідно з цим визначенням, атом цезію-133 є стандартом для вимірювань часу і частоти.

Ідею про можливість використання атомних коливань водню для вимірювання часу запропонував ще в 1879 році англійський фізик лорд Кельвін, однак тільки в середині XX століття це стало можливим.

У 1930-х роках американський фізик і першовідкривач ядерного магнітного резонансу Ісидор Рабі почав працювати над атомним годинником на цезії-133, однак початок війни завадив йому. Вже після війни, в 1949 році, в Національному комітеті стандартів США за участю Гарольда Лайонсона створили перший молекулярний годинник, що використовував молекули аміаку.

Одними з перших у світі^[коли?] атомними годинниками були цезієві годинники Атоміхрон, виготовлені приватною компанією National Company, Inc. з Молдена, штат Массачусетс.

1955 року Луї Ессен^[ru] із Національної фізичної лабораторії Великої Британії створив перший атомний годинник на цезії-133. Цей годинник накопичував похибку в одну секунду за мільйон років. Прилад отримав назву NBS-1 і його стали вважати цезієвим еталоном частоти.

1964 року Hewlett-Packard розробила компактний цезієвий прилад HP 5060A розміром із велику валізу. 2005 року Hewlett-Packard продала підрозділ, який розробляв атомні годинники, компанії Symmetricom^[en].

У 2011 році фахівці «Лабораторії Дрейпера» і «Сандійських національних лабораторій» розробили, а компанія Symmetricom випустила перші мініатюрні атомні годинники Quantum.

Співробітники Національного інституту стандартів і технологій (NIST) влітку 2013 року оголосили про розробку годинника на основі атомів ітербію, який вдесятеро перевершив аналоги за точністю. На відміну від цезію, частота переходів в ітербії набагато вища, що й було застосовано дослідниками. Порівняння двох створених примірників дозволило встановити, що їх похибка становить 1,6 до 10¹⁸, — за один мільярд років ходу похибка складе одну секунду^{[ангажоване джерело]}.

Наприкінці 2013 року американська компанія Bathys Hawaii представила перший «наручний» атомний годинник. Як основний компонент в них використовується чип SA.45s виробництва компанії Symmetricom.

На початку 2014 року NIST ввів до ладу атомний годинник NIST-F2, який накопичує помилку в одну секунду протягом 300 мільйонів років. Новий годинник замінив NIST-F1 як стандарт цивільного часу й частот в США. Дані NIST-F2 надіслали до Міжнародного бюро мір і ваг, яке збирає дані атомних годинників світу для стандарту міжнародного атомного часу. Там NIST-F2 визнали одним із найточніших атомних годинників.

В атомних годинниках застосовуються атоми, спектри яких мають надтонку структуру, що зумовлена розщепленням спектральних мультиплетів в магнітному полі ядра. Це магнітне поле однакове для кожного з атомів, а тому може бути стандартом. Газ із таких атомів поміщено в резонатор електромагнітних коливань, резонансних із частотою переходу між розщепленими лініями. Детектування оптичних переходів відбувається з використанням інтерферометрів з високою роздільною здатністю.

У березні 2012 року вчені з Університету Нового Південного Уельсу, Технологічного Інституту Джорджії й Університету Невади^[en] (Кемпбелл, Раднаєв, Кузьмич, Дзюба, Фламбаум, Дерев'янко) запропонували схему ядерного годинника, який перевершує за точністю сучасні аналоги на кілька порядків. Подібна схема в теорії дає похибку близько ${\displaystyle 1 \over 10}$  секунди за 14 мільярдів років. Для порівняння, час існування Всесвіту — 13,6 мільярда років.

• Міжнародний атомний час
• Миколаївська астрономічна обсерваторія

• Time Services FAQ. National Research Council Canada. Архів оригіналу за 24 липня 2012. Процитовано 2 жовтня 2023. (англ.)(фр.)
• S.R. Jefferts, T.P. Heavner, T.E. Parker and J.H. Shirley (NIST Time and Frequency Division) (2007). NIST Cesium Fountains − Current Status and Future Prospects (PDF). Acta Physica Polonica A. 112 (5): 759 ff. Bibcode:2007AcPPA.112..759J. Архів оригіналу (PDF) за 7 січня 2021. Процитовано 30 вересня 2012.