Diễn đàn rao vặt ĐÀ NẴNG MUA BÁN - forum DA NANG MUA BAN
Hãy đăng ký tài khoản miễn phí để đăng tin tại khu vực Đà Nẵng.

Chỉ mất 3s để tạo tài khoản, mật khẩu nên có kí tự chữ và số.

forum.DANANGMUABAN.vn

https://facebook.com/danangmuaban.vn

ĐỒNG HỒ NGUYÊN TỬ LÀ GÌ? CÁC LOẠI ĐỒNG HỒ NGUYÊN TỬ

Go down

ĐỒNG HỒ NGUYÊN TỬ LÀ GÌ? CÁC LOẠI ĐỒNG HỒ NGUYÊN TỬ

Bài gửi by nguyenhoai1402 on 21/08/18, 11:06 am

Lâu nay chúng ta vẫn thường nghe nói rằng “thời gian chính xác như đồng hồ nguyên tử”, vậy chính xác thì đồng hồ nguyên tử là gì? Có các loại đồng hồ nguyên tử nào? Nhiều đồng hồ đeo tay có chức năng thời gian nguyên tử (Atomic Timekeeping), đó là gì?
✦ Cho đến hiện tại, những cỗ máy thời gian chính xác nhất hiện nay đều là đồng hồ nguyên tử. Những chiếc đồng hồ nguyên tử siêu chính xác đang dẫn đầu thế giới có thể đạt sai số tính bằng “tỷ” năm, thậm chí có chiếc chỉ sai 1 giây mỗi 30 tỷ năm.
﹀﹀﹀﹀﹀﹀﹀﹀﹀﹀﹀﹀﹀﹀﹀﹀﹀﹀

Đồng hồ nguyên tử là gì? Là thiết bị đo đạc tính toán thời gian theo tần số sóng điện từ hoặc tần số ánh sáng của các loại nguyên tử (ảnh là cấu tạo của nguyên tử)

✦ Vậy đồng hồ nguyên tử là gì? Đồng hồ nguyên tử là đồng hồ đo đạc tính toán thời gian theo trạng thái dao động của nguyên tử. Tần số dao động của nguyên tử là không đổi và có thể đo được, vì vậy đồng hồ nguyên tử là loại đồng hồ chính xác nhất cho tới nay.
✦ Loại nguyên tử được sử dụng trong đồng hồ nguyên tử đã thay đổi liên tục theo thời gian kể từ khi loại đồng hồ này ra đời. Bắt đầu là phân tử Amoniac, hiện tại là Cesium, Rubidium, Hydro, Strontium, … và tương lai có lẽ sẽ là dựa trên ánh sáng.

SƠ LƯỢC LỊCH SỬ ĐỒNG HỒ NGUYÊN TỬ

1949, đồng hồ nguyên tử đầu tiên hoạt động theo chuyển động của phân tử Amoniac được chế tạo bởi Viện tiêu chuẩn và kĩ thuật Quốc gia Hoa Kỳ (NIST, trước kia NBS).
1955, nhà vật lý học Louis Essen chế tạo thành công đồng hồ nguyên tử hoạt động theo chuyển động nguyên tử cesium (133Cs) tại phòng thí nghiệm Vật lý Quốc gia Anh (NPL).
1967, “đồng hồ nguyên tử Cesium-133” trở thành tiêu chuẩn để xác định một giây trong Hệ thống Đơn vị Quốc tế. Trong số các đồng vị khác nhau của các nguyên tử cesium, cesium-133 là đồng vị duy nhất không phát ra các tia phóng xạ, tồn tại ở trạng thái ổn định trong tự nhiên.

CẤU TẠO CỦA ĐỒNG HỒ NGUYÊN TỬ RA SAO?

◆ Cơ chế hoạt động của của đồng hồ nguyên tử được phát minh bởi Tiến sĩ Isidor Isaac Rabi vào năm 1945. Ông cũng là người phát hiện ra sự cộng hưởng từ hạt nhân năm 1944 và là một trong những người sáng lập ra cả Phòng thí nghiệm quốc gia Brookhaven (ở Long Island, New York) lẫn CERN.
◆ Một nguyên tử bao gồm một hạt nhân nguyên tử và các electron tuần hoàn xung quanh nó. Các loại nguyên tử khác nhau tạo nên môi trường vật lý của chúng ta, mỗi loại có năng lượng riêng được quyết định bởi số electron quay quanh và lực hút điện từ.
◆ Nguyên tử hấp thụ rồi phát ra ánh sáng và sóng điện ở một tần số cụ thể khi nó thay đổi thành trạng thái năng lượng khác. Dựa vào yếu tố này, đồng hồ nguyên tử sử dụng các sóng điện từ và tần số ánh sáng của các loại nguyên tử để làm tiêu chuẩn đo lường thời gian chính xác cao.
◆ Nhóm nguyên tố 1 trong bảng tuần hoàn, ví dụ như hydro, cesium, rubidium đều được sử dụng trong các đồng hồ nguyên tử hiện nay. Song song đó, đồng hồ nguyên tử cũng sử dụng một trong hai hệ thống: thụ động hoặc hoạt động.
◆ Hệ thống thụ động xác định tần số cụ thể của một nguyên tử cộng hưởng khi sóng điện từ của các tần số khác nhau được áp dụng cho chúng. Còn hệ thống hoạt động sẽ đo tần số bằng cách cho phép các nguyên tử phát ra sóng điện từ. Hầu hết các đồng hồ nguyên tử hiện đang được sử dụng đều sử dụng hệ thống thụ động.
﹀﹀﹀﹀﹀﹀﹀﹀﹀﹀﹀﹀﹀﹀﹀﹀﹀﹀
︿︿︿︿︿︿︿︿︿︿︿︿︿︿︿︿︿︿


CÁC LOẠI ĐỒNG HỒ NGUYÊN TỬ HIỆN NAY

Mô hình mặt cắt ngang của đồng hồ chùm nguyên tử

◇ Đồng hồ nguyên tử sử dụng nhiều cơ chế khác nhau, mỗi cơ chế đòi hỏi một nguyên tử nhất định. Một số đồng hồ nguyên tử tiêu chuẩn cũng sử dụng nhiều loại nguyên tử, ví dụ như tiêu chuẩn chùm nguyên tử được sử dụng cho Đồng hồ nguyên tử Cesium-133, đây cũng là tiêu chuẩn thế giới cho một giây.
◇ Trong khi đó, tiêu chuẩn khí nguyên tử có cấu trúc đơn giản và có thể được sử dụng để chế tạo đồng hồ nguyên tử rẻ hơn với độ chính xác thấp hơn. Tuy nhiên, đồng hồ nguyên tử sử dụng tiêu chuẩn khí nguyên tử rubidium được đánh giá cao với chi phí thấp, chính xác được sử dụng cho các vệ tinh GPS.
◇ Tiêu chuẩn hoạt động maser (microwave amplification by stimulated emission of radiation) có thể đo tần số trong một thời gian ngắn. Như tên gọi của nó, đây là loại hệ thống hoạt động duy nhất trong số các đồng hồ nguyên tử được liệt kê ở đây. Phổ biến nhất là Hydro maser (còn gọi là tiêu chuẩn tần số hydro).
◇ Tiêu chuẩn đài phun nguyên tử là một hệ thống được phát minh để cải thiện độ chính xác của chùm nguyên tử. Tên này bắt nguồn từ một cơ chế để khởi động các nguyên tử theo chiều dọc theo kiểu giống như đài phun nước trong quá trình đo lường.
◇ Kiểu bẫy ion và mạng quang được dự kiến ​​sẽ trở thành đồng hồ nguyên tử của thế hệ tiếp theo. Cả hai đều có tần số quang cao hơn là tần số điện từ, ở đây, cần phải biết là các phép đo thời gian dựa trên tần số cao hơn sẽ chính xác hơn.
KiểuTần số dao động (Hz)Phương sai Allan
133 CesiumĐúng 9 192 631 77010−13
87 Rubidi6 834 682 610 .904 32410−12
1 Hydro1 420 405 751 .766710−15
Đồng hồ quang ( 87 Strontium)429 228 004 229 873 .410−17

VỀ ĐỒNG HỒ NGUYÊN TỬ ĐẦU TIÊN TRÊN THẾ GIỚI

✧ Đồng hồ nguyên tử đầu tiên trên thế giới là đồng hồ nguyên tử Cesium-133, được hoàn thành tại Phòng thí nghiệm Vật lý Quốc gia (NPL) ở Anh năm 1955 bởi nhà vật lý học Louis Essen và Jack Parry.
Louis Essen (bên phải) và Jack Parry (bên trái) đứng cạnh đồng hồ nguyên tử đầu tiên trên thế giới

✧ Kể từ đây, khái niệm “10 mũ trừ vô cùng (10−∞, tức gần như 0)” thường được dùng để biểu thị độ chính xác của của đồng hồ nguyên tử. Đồng hồ Cesium-133 có độ chính xác 10-10, tức sai số chỉ 1 giây trong 300 năm.
✧ Trước đồng hồ nguyên tử Cesium-133, đồng hồ phân tử Amoniac đã được phát triển vào năm 1949 nhưng độ chính xác của nó còn thấp hơn cả đồng hồ thạch anh tại thời điểm đó. Loại đồng hồ này chỉ phục vụ để chứng minh nguyên tắc đồng hồ đo lường thời gian bằng nguyên tử có thể hoạt động thực tế.

Sơ đồ cấu tạo đồng hồ chùm nguyên tử Cesium-133 năm 1955►

✧ Đồng hồ nguyên tử Cesium được hoàn thành vào năm 1955 sử dụng “tiêu chuẩn chùm nguyên tử”, trong đó, nguyên tử Cesium được nung nóng trong một bể chân không cao để tạo ra một chùm nguyên tử.
✧ Tần số của nguyên tử cesium được xác định bằng cách chiếu xạ sóng điện từ hai lần ở trung tâm. Khoảng cách giữa hai phép đo càng dài thì hiệu suất đo và độ chính xác càng cao thì độ rộng giữa các tần số được xác định thu hẹp do các hiệu ứng nhiễu.
✧ Trong trường hợp của “tiêu chuẩn chùm nguyên tử”, chiều rộng có sẵn là khoảng 2 m ở mức tối đa vì lý do cấu trúc. Khoảng đo của nguyên tử cesium bay ở tốc độ 200 m/giây ở nhiệt độ bình thường là 1/100 giây và chiều rộng tần số là khoảng 100 Hz.
✧ Ở “tiêu chuẩn đài phun nguyên tử”, đầu tiên, các nguyên tử cesium được làm lạnh gần đến độ không tuyệt đối để làm chậm chuyển động của chúng đến 1 cm mỗi giây. Tiếp theo, chúng được bắn lên theo chiều dọc và rơi tự do bởi trọng lực. Tần số được đo hai lần tại hai điểm này, một lần khi các nguyên tử được bắn và một khi chúng rơi xuống.
✧ Phương pháp này cho phép đo khoảng thời gian một giây và giảm chiều rộng của tần số đo được xuống 1 Hz, giúp cải thiện độ chính xác lên 100 lần. Độ chính xác về mặt lý thuyết sẽ cải thiện gấp mười lần nếu đồng hồ đài phun nguyên tử được bay ra ngoài không gian, nơi có trọng lực gần như bằng không.

THẾ HỆ TIẾP THEO LÀ “ÁNH SÁNG”

■ Đồng hồ nguyên tử đã cải thiện đáng kể độ chính xác của phép đo thời gian, nhưng giờ đây các nhà khoa học đang nghiên cứu một đồng hồ nguyên tử mới với độ chính xác cao hơn nữa.
■ Một số nguyên tử hấp thụ và phát ra ánh sáng của tần số cụ thể cũng như sóng điện từ. Mục tiêu nghiên cứu mới nhất là xác định ánh sáng này và sử dụng nó như một đơn vị cơ sở cho thời gian.
■ Ánh sáng (tia nhìn thấy được) có tần số cao hơn sóng điện từ. Các phép đo thời gian dựa trên tần số cao hơn sẽ chính xác hơn. Nguyên tử phục vụ cho giải pháp này là nhóm nguyên tố 2 và 3 trong bảng tuần hoàn như strontium, canxi, thủy ngân và các thành viên khác được sử dụng làm nguyên tử trong các đồng hồ nguyên tử mới nhất.
NIST Ytterbium atomic clock – đồng hồ nguyên tử ytterbium tại Viện Tiêu chuẩn và Công nghệ Quốc gia (NIST)  đồng hồ quang học ion bị cô lập trong bẫy ion

﹀﹀﹀﹀﹀﹀﹀﹀﹀﹀﹀﹀﹀﹀﹀﹀


THỰC TRẠNG ĐỒNG HỒ NGUYÊN TỬ HIỆN NAY

▬ Mỹ, Nhật Bản và nhóm các nước phát triển ở châu Âu, đã đi đầu trong các thí nghiệm và chế tạo đồng hồ nguyên tử. Tiêu chuẩn một giây dựa trên sóng điện từ của cesium được dự kiến ​​sẽ được thay thế bằng một tiêu chuẩn ánh sáng nguyên tử sau 10 năm nghiên cứu các phương án tiên tiến khác.
▬ Bằng cách so sánh tần số của hai đồng hồ quang học tại phòng thí nghiệm của giáo sư Hidetoshi tại Đại học Tokyo và Phòng thí nghiệm tiêu chuẩn không gian thời gian của Viện Công nghệ Thông tin và Truyền thông Quốc gia Nhật Bản (NICT), hai đồng hồ được xác nhận tương ứng với độ chính xác 10-16.
▬ Các nhà nghiên cứu ở châu Âu hiện đang trong quá trình kết nối bốn phòng thí nghiệm ở Anh, Đức, Pháp và Ý với các sợi quang học để xác nhận độ chính xác của bốn đồng hồ nguyên tử quang học.
▬ Năm 2016, các đồng hồ quang học được vận hành bởi SYRTE ở Pháp và PTB ở Đức được kết nối thông qua một sợi cáp quang dài 1400 km. Chúng được xác nhận tương ứng với độ chính xác 5 x 10-17. Hai phòng thí nghiệm ở Colorado tại Hoa Kỳ đã được kết nối để đưa ra xác nhận tương tự.

ĐO THỜI GIAN CHÍNH XÁC CAO ĐÃ DẪN ĐẾN NHỮNG TIẾN BỘ LỚN TRONG KHOA HỌC

 Thuyết tương đối được Einstein phát hiện cho rằng lực hấp dẫn ảnh hưởng đến dòng chảy của thời gian. Thời gian trôi chậm với trọng lực mạnh. Bây giờ, ảnh hưởng này đã được đo trực tiếp.
 NICT (Nhật Bản) mang theo một đồng hồ nguyên tử liên kết với một đài phát thanh sóng dài đến một trạm khác ở độ cao 1.000 mét và so sánh nó với Giờ chuẩn Nhật Bản ở Tokyo. Sự so sánh này xác nhận rằng thời gian thay đổi gần như chính xác với tỷ lệ được dự đoán bởi lý thuyết tương đối.
 Ngoài ra, sự tương ứng tần số nói trên được khảo sát bằng liên kết sợi quang giữa thành phố Koganei và Hongo tại Nhật Bản được xác nhận khi hiệu chỉnh khoảng cách thời gian được thực hiện bởi độ chênh lệch 50 m ở độ cao.
 Các phòng thí nghiệm Riken ở Wako, Saitama giờ đây cũng có đồng hồ mạng quang. Trong một so sánh được thực hiện tại độ chính xác 10-18 giữa Đại học Tokyo và Riken, một sự khác biệt độ cao 15 m đã được phát hiện thành công với sai số nhỏ hơn 10 cm.
 Đồng hồ nguyên tử quang học có thể xác nhận các hiệu ứng tương đối bằng cách sử dụng những khác biệt nhỏ như vậy ở độ cao. Kiểu so sánh này được mong đợi là đóng một vai trò trong việc đo lường các môi trường trọng lực và tạo ra một tần số chuẩn.

10-18: BẰNG MỘT LỖI TRONG MỘT GIÂY TRONG 30 TỶ NĂM, CÓ Ý NGHĨA GÌ?

◇◆ Ba mươi tỷ năm là gấp bảy lần tuổi của trái đất và gấp đôi tuổi của vũ trụ kể từ vụ nổ Big Bang. (Trái đất được sinh ra 4.6 tỷ năm trước và vũ trụ hiện nay là 13.8 tỷ năm trước). Vậy độ chính xác cao như vậy được sử dụng để làm gì?
◇◆ Câu trả lời đó là độ chính xác này được ứng dụng thực tế cho các loại đồng hồ yêu cầu độ chính xác cực cao, công nghệ định vị (GPS), công nghệ truyền thông và chính xác được cải thiện đáng kể (ví dụ như cáp quang) với khả năng cải tiến rất lớn đang được nghiên cứu.
Đồng hồ nguyên tử Space Hydrogen Maser được sử dụng trong các vệ tinh ESA Galileo làm đồng hồ chính cho hệ thống định thời trên tàu

◇◆ Đồng hồ nguyên tử được lắp đặt tại các vị trí của các máy phát vô tuyến tín hiệu thời gian. Chúng được sử dụng tại một số đài phát sóng sóng dài và trung bình để cung cấp tần số sóng mang rất chính xác. Đồng hồ nguyên tử cũng được sử dụng trong nhiều ngành khoa học, chẳng hạn như phép đo giao thoa cơ sở dài trong quá trình phóng xạ.

VẬY NHƯ THẾ NÀO LÀ ĐỒNG HỒ ĐEO TAY NGUYÊN TỬ

– – – – – Cho tới nay, chưa có đồng hồ nguyên tử đeo được trên tay dành cho người thường. Nói chính xác thì đồng hồ đeo tay nguyên tử hiện nay trên thị trường không phải là đồng hồ nguyên tử thực sự mà chỉ là một thiết bị có thể nhận tín hiệu thời gian từ đồng hồ nguyên tử hoặc các nơi có thời gian được kết nối độ chính xác cao với đồng hồ nguyên tử.
– – – – – Sau khi nhận tín hiệu, đồng hồ sẽ tự động điều chỉnh lại thời gian của bản thân, do đó, chúng sẽ có độ chính xác gần như đồng hồ nguyên tử. Chức năng này của đồng hồ thường được gọi là Atomic Timekeeping hoặc gọi theo công nghệ mà chúng sử dụng để nhận tín hiệu thời gian, ví dụ như Radio, GPS, internet, …
Đồng hồ Seiko Astron GPS Solar nhận tín hiệu thời gian đồng hồ nguyên tử từ các vệ tinh GPS để có thời gian chính xác cao

– – – – – Xét về độ chính xác, các đồng hồ nhận tín hiệu Radio thường phải chịu sự chậm trễ quá cảnh khoảng 1 mili giây cho mỗi khoảng cách 300 km (186 mi) từ thiết bị phát sóng vô tuyến mà nó nhận. Tuy có sự chậm trễ dẫn đến sai lệch so với đồng hồ nguyên tử nhưng đây vẫn là độ chính xác cực kỳ cao đối với thiết bị đeo tay.
– – – – – Hiện nay, Nhật Bản được xem là nước đi tiên phong trong lĩnh vực nghiên cứu đồng hồ nguyên tử lẫn các loại đồng hồ đeo tay nhận tín hiệu thời gian nguyên tử. Giờ chuẩn Nhật Bản hiện đang dựa trên “tiêu chuẩn hydro maser” và được điều chỉnh chính xác bằng “tiêu chuẩn nguyên tử làm lạnh đài phun”.
– – – – – Các đồng hồ đài phun nguyên tử Nhật Bản được sử dụng chính thức tính đến thời điểm này nhất có độ chính xác 10-16. Điều này bằng một lỗi xảy ra trong một giây trong vòng 300 triệu năm.
avatar
nguyenhoai1402
Chú ý, khách Vãng Lai
Hãy xác nhận uy tín: shop.danangmuaban.vn
Chú ý, khách Vãng Lai Hãy xác nhận uy tín: shop.danangmuaban.vn

Tổng số bài gửi : 145
Join date : 05/06/2018

Về Đầu Trang Go down

Về Đầu Trang


 
Permissions in this forum:
Bạn không có quyền trả lời bài viết