5 der genauesten Uhren aller Zeiten
Die meisten Uhren, die Menschen benutzen, um die Zeit zeigen, sind innerhalb von 10 oder 15 Sekunden jeden Monat genau zu. Mechanische Uhren (wie eine Rolex) werden ausgeschaltet sein, um mehr Lust – ein oder zwei Sekunden pro Tag. Wissenschaftler brauchen etwas viel präziser und genauer, weil die Phänomene, die sie oft messen nur Milliardstel einer Sekunde dauern.
Hier kommt die Atomuhr. Die erste genaue Version wurde im Jahr 1955 gebaut. Atomuhren halten Sie Zeit durch die Schwingungen der Atome zu messen, da sie Energiezustände ändern. Jedes Element hat eine charakteristische Frequenz oder eine Reihe von Frequenzen, und da das Atom "schlägt" Milliarden Mal pro Sekunde solche Uhren sind sehr präzise. Am National Institute of Standards and Technology ist die "offizielle" zweite 9.192.631.770 Zyklen des Atoms Cäsium. (Die Quarz in einer Uhr schwingt mit über 32.000 Mal pro Sekunde, einige 290.000 mal langsamer als Cäsium-Atomen.)
Wissenschaftler sprechen über Atomuhren in Bezug auf Stabilität und Präzision. Präzision ist für eine Atomuhr wie gut er misst die Schwingungen der Atome. Vergleicht man zwei Uhren, können Wissenschaftler messen die Unsicherheit bei der Lektüre dieser Frequenz – wie präzise eine Uhr ist. Stabilität ist, wie viel eine Uhr tickt über einen bestimmten Zeitraum hinweg variieren. Durchschnitt eine große Anzahl von Ticks, sagen, 100.000 von ihnen, und Sie erhalten eine Zahl, die gegen die tatsächliche Zeit gemessen werden kann, was die Uhr hält. Wissenschaftler in der Regel beziehen sich auf Präzision wenn sie sagen, eine Uhr ist so genau, dass es wird gewinnen oder eine Sekunde verlieren über Millionen von Jahren. Wenn sie Genauigkeit sprechen, sind Wissenschaftler in der Regel unter Bezugnahme auf wie eine Uhr eine bestimmte standard-Referenz, also passt gut in diesem Sinne die genaueste Uhr immer die, die setzten die standard zweite mit. [Zeit: Warum 60 Sekunden?]
Tom O'Brian, Leiter der Abteilung NIST Zeit & Frequenz erwähnt verschiedene Arten von Atomuhren: verwendet, um festzustellen, die standard zweite basiert auf Cäsium-Atomen, aber andere Arten verwenden, Strontium, Aluminium und Quecksilber. Einige verwenden Wasserstoff. Für noch bessere Präzision, die neuesten Atomuhren super-Cool die Atome in ihnen Störungen von Umweltwärme zu beseitigen.
Der größte Käufer von Atomuhren, die Telekommunikations-Industrie setzt sie zum Synchronisieren von Fiber optic Schalter und Handy Türme, O'Brian sagte. Atomuhren dienen auch im GPS-System genau das Timing der Signale zu messen und seine Position relativ zu den Satelliten zu melden.
Hier sind einige der die genauesten Uhren jemals gebaut wurde, aber O'Brian darauf hingewiesen, die Technologie verbessert sich ständig, und Wissenschaftler versuchen, Handwerk immer genauere Messungen der Zeit.
(1) die NIST-F2
Zuerst auf Linie gebracht, im Jahr 2014, hilft diese Uhr zusammen mit seinem Vorgänger, der NIST-F1, um die standard zweite verwendet von Wissenschaftlern auf der ganzen Welt zu bestimmen. Die NIST-F2 synchronisiert auch Telekommunikation und sogar Handel an den Finanzmärkten für die offizielle Zeit des Tages. Die Uhr verwendet eine Reihe von sechs Laser die Atome (ca. 10 Millionen von ihnen), während ein anderes Paar von Lasern sanft abkühlen lofts die Atome nach oben in eine Kammer gefüllt mit Mikrowellen-Strahlung. Die Frequenz der Strahlung, die die Staaten die meisten Atome verändert ist, was NIST verwendet, um Sekunden zu definieren. Seine Genauigkeit kommt zum Teil, weil er arbeitet an einer Erkältung minus 316 Grad Fahrenheit (minus 193 Grad Celsius); die Kälte helfen, um die Cäsium-Atomen von streunenden Hitze zu schützen, die die Messungen der Atom Schwingungen verändern könnte. Diese Uhr wird gewinnen oder verlieren eine Sekunde etwa einmal alle 300 Millionen Jahre. [Top 10 Erfindungen, die die Welt veränderten]
(2) Universität Tokio / RIKEN
Gebaut von einem Team unter der Leitung von Hidetoshi Katori, ist eine optische Gitter Atomuhr. Es nutzt Atome von Strontium zwischen Laserstrahlen gefangen und auf minus 292 F (minus 180 ° C) abgekühlt. Optische Gitter Uhren messen die Schwingungen des Ensembles eingeschlossenen Atome und so können Sie eventuelle Fehler durchschnittlich. Seine Unsicherheit, berichtet in der Zeitschrift Nature Photonics, am 9. Februar beträgt 7,2 x 10 ^-18, die etwa eine Sekunde alle 4,4 Milliarden Jahre; die Forscher sagten, sie seien in der Lage, zwei Uhren des gleichen Typs zu erhalten, die bis 2.0 x 10 ^-18, oder etwa eine Sekunde lang alle 16 Milliarden Jahre.
(3) die NIST / JILA Strontium clock
NIST und JILA, ein gemeinsames Institut an der University of Colorado, Boulder, baute eine Strontium-Gitter-Uhr, die eine Genauigkeit von 1 Sekunde alle 5 Milliarden Jahre erreicht. Das Team, geführt von dem Physiker Jun Ye, veröffentlichte ihre Arbeit im Jahr 2014 und überprüft die Ergebnisse durch ihre Uhr gegen den anderen so, wie es läuft. O' Brian sagte NIST Pläne eine weitere Uhr Experiment, das noch weiter auszureizen, überschreiten die Stabilität der Uhr von Katori Team in Japan gebaut. Die Uhr funktioniert durch Überfüllung Strontium Atome mit Laser in eine Art Pfannkuchen-förmigen Raum. Ein rotes Laserlicht auf eine bestimmte Frequenz macht die Atome zwischen Energieniveaus springen abgestimmt, und diese Sprünge sind die "Zecken" — einige 430 Billionen pro Sekunde.
(4) die Quantumuhr Logik Aluminium
NIST verwenden nicht nur Atome von Strontium und Cäsium. Im Jahr 2010 gebaut NIST eine Atomuhr, die ein Atom aus Aluminium, mit einer Genauigkeit von einer Sekunde pro 3,7 Milliarden Jahren verwendet. Diese verwendet man eines einzelnen Atoms aus Aluminium in Magnetfeldern mit einem einzelnen Atom von Beryllium gefangen. Lasern kühlen der beiden Atome zum absoluten Nullpunkt in der Nähe. Ein weiterer Laser ist auf der Frequenz eingestellt, die Zustände ändern Aluminium macht. Aber die Staaten aus Aluminium sind schwer zu messen, damit das Aluminium, Beryllium-Atom gekoppelt ist. Dies ist ein ähnlicher Prozess in Quanten-computing-Setups verwendet.
(5) die Shortt Synchronome mechanische Uhr
Atomuhren bekommen alle Ehre, aber O'Brian sagte, dass bevor sie kamen Wissenschaftler mussten noch mechanische Uhren zu verwenden – und einige waren ziemlich genau. Shortt-Uhr, erfunden im Jahre 1921 wurde eine wissenschaftliche Standardinstrument in Sternwarten bis Atomuhren es ersetzt. Die Uhr war tatsächlich ein duales System, bestehend aus einem Pendel in einem Vakuum Tank durch elektrische Leitungen miteinander verbunden. Die Nebenuhr schickten einen elektrischen Impuls alle 30 Sekunden auf die primären, um sicherzustellen, dass die beiden synchronisiert blieben und das Pendel im Vakuum erfolgte aus einer Legierung von Nickel und Eisen, thermische Ausdehnung zu verringern, die die Länge des Pendels und somit ihren Swing verändern würde. Die Uhr ist so genau, dass das Pendel verwendet werden, können um die Gravitation von Sonne und Mond zu messen, und es war dieses Instrument, das zeigte, dass die Rotation der Erde nicht, in der Tat, einheitliche war. Tests an der US Naval Observatory in den 1980er Jahren zeigte die Uhr hatte eine Genauigkeit von 1 Sekunde in etwa 12 Jahren.