Атамны гадзіннік

Атамны гадзіннік складаецца з некалькіх частак:

• квантавы дыскрымінатар,
• кварцавы генератар,
• комплекс электронікі.

Кварцавы генератар уяўляе сабой аўтагенератар, у якасці рэзананснага элемента якога выкарыстоўваюцца п'езаэлектрычныя моды кварцавага крышталя. Згенераваныя ім электрамагнітныя ваганні маюць фіксаваную частату, роўную, як правіла^[2]}}, 10 МГц, 5 МГц або 2,5 МГц, з магчымасцю перастройкі ў невялікіх граніцах (± 10⁻⁶, напрыклад, змяненнем тэмпературы крышталя). Звычайна даўгачасная стабільнасць кварцавага рэзанатара малая і складае каля ${\displaystyle \Delta \nu /\nu =10^{-7}}$ . З мэтай павышэння яго стабільнасці выкарыстоўваюць ваганні атамаў або малекул, для чаго ваганні кварцавага генератара з частатой ${\displaystyle \nu _{o}}$ пастаянна параўноўваюцца c дапамогай частотна-фазавага кампаратара з частатой атамнай лініі ${\displaystyle \nu _{a}}$ , якая рэгіструецца ў квантавым дыскрымінатары. Пры з'яўленні розніцы ў фазе і частаце ваганняў, схема зваротнай сувязі падстройвае частату кварцавага генератара да патрэбнага значэння, павышаючы тым самым стабільнасць і дакладнасць гадзінніка да ўзроўню ${\displaystyle \Delta \nu /\nu =10^{-14}}$ .

У СССР ідэолагам стварэння атамных гадзіннікаў быў акадэмік Мікалай Генадзевіч Басаў^[3].

Многія краіны стварылі нацыянальныя цэнтры стандартаў часу і частаты^[4]:

• Усерасійскі навукова-даследчы інстытут фізіка-тэхнічных і радыётэхнічных вымярэнняў (ВНИИФТРИ), п. Мендзялеева, Маскоўская вобласць;
• Нацыянальны інстытут стандартаў і тэхналогій^be_ru (NIST), Боўлдэр (ЗША, штат Каларада);
• Нацыянальны інстытут перадавой прамысловай навукі і тэхналогіі^be_en (AIST), Токіа (Японія);
• Федэральнае фізіка-тэхнічнае агенцтва^be_de (PTB), Браўншвайг (Германія);
• Нацыянальная лабараторыя метралогіі і выпрабаванняў^be_fr (LNE), Парыж (Францыя).
• Нацыянальная фізічная лабараторыя Вялікабрытаніі^be_en (NPL), Лондан, Вялікабрытанія.

Навукоўцы розных краін працуюць над удасканаленнем атамных гадзіннікаў і заснаваных на іх дзяржаўных першасных эталонаў часу і частаты, дакладнасць такіх гадзіннікаў няўхільна павышаецца. У Расіі шырокія даследаванні, накіраваныя на паляпшэнне характарыстык атамных гадзін, праводзяцца ў Фізічным інстытуце імя Лебедзева^be_ru.

Не кожны атам (малекула) падыходзіць у якасці асновы для атамнага гадзінніка. Выбіраюць атамы, неадчувальныя да розных знешніх уздзеянняў: магнітных, электрычных і электрамагнітных палёў. Для кожнага дыяпазону электрамагнітнага спектра выпраменьвання такія атамы існуюць. Гэта: атамы кальцыю, рубідыю, цэзію, стронцыю, малекулы вадароду, ёду, метану, аксід осмію (VIII) і г. д. У якасці асноўнага (першаснага) стандарту частаты абраны звыштонкі пераход у стабільным атаме цэзію. Характарыстыкі ўсіх астатніх (другасных) стандартаў параўноўваюцца з гэтым стандартам. Каб ажыццявіць такое параўнанне, у цяперашні час выкарыстоўваюцца так званыя аптычныя грабяні^be_en — выпраменьванне з шырокім частотным спектрам ў выглядзе эквідыстантных ліній, адлегласць паміж якімі прывязваецца да атамным стандарту частаты. Аптычныя грэбні атрымліваюць з дапамогай фемтасекунднага лазера з сінхранізацыяй мод і мікраструктураванага оптавалакна, у якім адбываецца пашырэнне спектра да адной актавы.

У 2006 годзе даследчыкі з амерыканскага Нацыянальнага інстытута стандартаў і тэхналогій пад кіраўніцтвам Джыма Бергквіста (англ.: Jim Bergquist) распрацавалі гадзіннік, які працуе на адным атаме ртуці^[5]. Пры пераходах паміж энергетычнымі ўзроўнямі іона ртуці генеруюцца фатоны бачнага дыяпазону са стабільнасцю ў 5 разоў вышэйшаю, чым у мікрахвалевага выпраменьвання цэзію-133. Новы гадзіннік могуць таксама знайсці прымяненне ў даследаваннях залежнасці змены фундаментальных фізічных пастаянных ад часу.

Вядуцца актыўныя распрацоўкі кампактных атамных гадзіннікаў для выкарыстання ў паўсядзённым жыцці (наручныя гадзіннікі, мабільныя прылады)^[6][7][8].У пачатку 2011 амерыканская кампанія Symmetricom абвясціла аб камерцыйным выпуску цэзіевых атамных гадзіннікаў памерам з невялікую мікрасхему. Гадзіннік працуе на аснове эфекту кагерэнтнага паланення населенасці. Іх стабільнасць — 5·10⁻¹¹ за гадзіну, маса — 35 г, спажываная магутнасць — 115мВт^[9].

• На Вікісховішчы ёсць медыяфайлы па тэме Атамны гадзіннік

• NIST chip-scale atomic clock project (нявызн.)(недаступная спасылка). Архівавана з першакрыніцы 9 лютага 2012. Праверана 16 лістапада 2014.
• Георгий Мешков. В атомных часах нового поколения будут использоваться атомы стронция (нявызн.)(недаступная спасылка). Компьюлента (5 декабря 2006). Архівавана з першакрыніцы 10 лістапада 2010. Праверана 13 снежня 2010.
• Новый рекорд точности измерения времени достигнут ртутными атомными часами (нявызн.). Полит.ру (25 июля 2006). Архівавана з першакрыніцы 9 лютага 2012. Праверана 13 снежня 2010.
• Richard Alleyne. World's most accurate clock unveiled (англ.). The Daily Telegraph (16 апреля 2009). Архівавана з першакрыніцы 9 лютага 2012. Праверана 13 снежня 2010.
• Краткая история атомных часов в NIST. (A Brief History of Atomic Clocks at NIST) (англ.). The National Institute of Standards and Technology, USA. Архівавана з першакрыніцы 24 мая 2012. Праверана 26 лютага 2012.
• Нина Бирючкова. Сверхточные атомные часы Архівавана 18 верасня 2015.. gridder.ru (14 апреля 2014).