Знание - сила, 2005 № 09 (939)

Атомам же цезия в стандартных часах приходится выступать «в толпе». Цезий был выбран при создании атомных часов благодаря тому, что он довольно легко испаряется при невысокой температуре, но в то же время масса его атомов достаточно велика, чтобы атомы вели себя в «облаке» весьма достойно и сдержанно.

При воздействии на облако микроволнового излучения с частотой 10 гигагерц атомы поглощают его энергию, которая индуцирует — вызывает — переход электронов с одного квантового уровня на другой. В целом таких возможных уровней 16, но создателей часов волнует лишь два специфических с максимально возможной частотой перехода.

В цезиевых часах оптимальная частота выходного сигнала составляет 9192 631 770 герц. Это и есть атомный эталон времени. Можно еще сказать, что атомные часы делают такое вот огромное количество «тик-таков» в 1 секунду. Можно также добавить, что «разведение» двух указанных энергетических состояний достигается колебаниями слабого магнитного поля.

Размер атомных часов диктуется, как уже говорилось выше, длиной волны излучения в 3,2 сантиметра.

Эта длина налагает ограничение на возможную и желательную миниатюризацию атомных часов.

В силу естественных причин, прежде всего охлаждения атомного облака, точность хода атомных часов определяется двумя основными параметрами. Это прежде всего повышение уровня сигнала по отношению к фоновому «шуму», то есть чтобы полезный сигнал не «размывался». А это размывание ведет к «уходу» от оптимальной частоты, что и является вторым параметром.

Все эти квантовые сложности долгие десятилетия мешали физикам построить миниатюрные атомные часы, да к тому же и достаточно дешевые, что позволило бы двинуть атомный стандарт времени в широкие массы. Помощь пришла с совершенно неожиданной стороны, а именно из электроники.

Электронная промышленность довольно давно наладила успешное производство кремниевых «ваферов», или вафлей, представляющих собой круглый кремниевый кристалл диаметром со стандартный CD, из которого затем нарезаются миниатюрные чипы для часов, мобильников и других электронных устройств.

Новые атомные часы, описанные в журнале «Applied Physics Letters», являют собой самый настоящий шедевр сверхминиатюризации. В кремниевом квадратике со стороной 1,2 миллиметра и толщиной 0,375 миллиметра просверливается сквозной колодец со стороной 600 микрон, в который «помещается» цезиевое облако. Сверху и снизу он закрывается тоненькими стеклышками.

А далее, как в стандартном лазерном проигрывателе или бытовом DVD-плейере, цезий освещается лазером и начинает выдавать полезный тактовый сигнал с оптимальной частотой чуть более 9 гигагерц, точное значение которой приведено выше. Так получили атомные часы, энергопотребление которых составляет милливатты, что позволяет использовать для их питания стандартную батарейку.

Авторы, создавшие сей уникальный шедевр, сравнимый с подкованной Левшой блохой, поясняют, что конечно, точность их новых часов на порядки уступает часам-шкафу, которые дают секундную ошибку в 30 миллионов лет. Но зато стоимость новых «часиков» составляет даже сейчас всего лишь 120 долларов, а при массовой «штамповке» будет и того меньше. Зато какие возможности открываются для научных и бытовых электронных устройств!

Достаточно привести всего лишь один пример использования таких точных наручных часов, а именно в системе GPS - Global Positioning System — Системе глобального позиционирования, или определения местоположения. С новыми часами такая система станет доступной для каждого, причем точность определения места достигнет буквально миллиметров, а не метров, как сейчас.

Вот что может дать «ловля микрон» в таком важном деле, как измерение времени. Пусть оно хранит от нас свои тайны, но наука нашла способ обойти их и начать полномасштабную «эксплуатацию» четвертого измерения пространства-времени.

ГЛАВНАЯ ТЕМА

Царица наук: проверка на служебное соответствие

Жираф - прекрасное подтверждение теории Ламарка наследований полезных признаков, приобретенных в течение жизни

Любая наука начинается с парочки сумасшедших идей, оформляется в почтенную респектабельную фундаментальную теорию, которая быстро обрастает прикладными разработками, порождающими принципиально новые технологии. Нормальный путь. Особенно если технология при этом не воображает себя собственно наукой и даже царицей наук, и не вытесняет ее.

Не произошло ли это на наших глазах с последней общепризнанной царицей наук — генетикой?

Она во многом сформировала нынешнее общественное сознание и сама оказалась у него в плену. Многие современные мифы выросли из ее фундаментальных открытий, не став, однако, от этого ближе к истине.

Генетика - наука или технология?

— Тебе все еще нужен Черный Ящик?