Wie funktioniert eine Atomuhr?


Zeitmessung kann so einfach sein wie zählen "eine Mississippi, zwei Mississippi...." vor der blitzing im Hinterhof Fußball, oder verfolgen die hin und her schwingen eines Pendels in eine Standuhr.

In beiden Fällen zählt der Trick die Intervalle von etwas, das immer wieder, mit als wenig Variation wie möglich auftritt. Ein Pendel, sagen oder "Mississippi" entspricht nur etwa eine Sekunde, die Einheit der Zeitmessung, die bekanntlich Minuten und Stunden umfasst.

Aber auch die beste mechanische Pendel und Bergkristall-basierten Uhren entwickeln Diskrepanzen. Weit besser für die Zeitmessung ist die natürliche und genaue "Vibration" in einem Atom angezogen.

Wenn Sie bestimmte Frequenzen der Strahlung, wie Radiowellen, springt die subatomaren Teilchen, die Elektronen, die ein Atomkern umkreisen genannt"hin und her zwischen Energiezuständen". Uhren, basierend auf diesem springen innerhalb von Atomen bieten daher eine äußerst präzise Weise Sekunden zählen.

Es ist kein Wunder dann, die der internationale Standard für die Dauer von einer Sekunde basiert auf Atome. Seit 1967 ist die offizielle Definition von einer Sekunde 9.192.631.770 Zyklen der Strahlung, die ein Atom des Elements Cäsium zu vibrieren zwischen zwei Energiezuständen genannt wird.

Innerhalb einer Cäsium-Atomuhr sind Cäsium-Atomen ein Unterrohr geschleust, wo durchlaufen sie Radiowellen. Wenn diese Frequenz genau das richtige ist Zyklen 9,192,631,770 pro Sekunde dann Cäsium Atome "mitschwingen" und ändern Sie ihren Energiezustand.

Ein Detektor am Ende des Rohres Überblick über die Anzahl der Cäsium-Atomen zu erreichen, die ihre Energiezustände geändert haben. Mehr fein abgestimmte Radio Wellenfrequenz soll 9.192.631.770 Zyklen pro Sekunde, die mehr Cäsium-Atomen erreichen den Detektor.

Der Detektor feeds Informationen zurück in den Radio Wave Generator. Es wird die Häufigkeit der Radiowellen mit der Höchstzahl von Cäsium-Atomen fällt es synchronisiert. Sonstige Elektronik in der Atomuhr zählen diese Frequenz. Wie mit einem einzigen Schwung des Pendels, ist eine zweite abgehakt, wenn die Anzahl der Frequenz erreicht wird.

Die erste Qualität Atomuhren in den 1950er Jahren hergestellt wurden basierend auf Cäsium und solche Uhren geschliffen, größere Genauigkeiten im Laufe der Jahrzehnte bleiben die Grundlage der offiziellen Zeit überall auf der Welt zu halten.

In den Vereinigten Staaten bestehen die besten Uhren durch das National Institute of Standards und Technologie (NIST) in Boulder, Colorado, und die United States Naval Observatory (USNO) in Washington, D.C.

Die NIST-F1-Cäsium-Atomuhr produzieren eine Frequenz so präzise, dass seine Zeitfehler pro Tag geht es um 0,03 Nanosekunden, was bedeutet, dass die Uhr eine Sekunde in 100 Millionen Jahren verlieren würde.

Super-präzise Zeitmessung ist integraler Bestandteil der viele Elemente des modernen Lebens, wie High-Speed-elektronische Kommunikation, Stromnetze und die Global Positioning System (GPS) und natürlich zu wissen, wann Ihre Lieblings-TV-Show kommt auf.

  • Warum Quarz in Uhren verwendet wird?
  • Warum beginnt die Sommerzeit am 02:00?
  • Woher bekommen die Elektronen Energie zu einem Atomkern drehen?

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