Атомният часовник - Властелинът на времето

  
Снимки Ани Петрова

Колкото и да си мислите, че часовникът ви е точен, това на практика, а и теория не е съвсем вярно. С това могат да се похвалят само от Българския институт по метрология на БАН, където любезно приеха екипа на "Новинар". Именно там се намират единствените властелини на времето у нас - двата атомни часовника, които отмерват съвсем прецизно всяка частица от секундата.


Двете устройства са изработени в САЩ и са закупени през 2008 г. Всеки един от тях струва по около 70 000 долара и работят в комплект с полски GPS-и. Срокът им на експлоатация е около 10 години, което означава, че съвсем скоро ще се наложи да бъдат подменени с нови атомни часовници, посочи инж. Веселин Гавалюгов, който е началник отдел "Дължина и време". За целта обаче ще се кандидатства по някоя от европейските програми, тъй като сумите са изключително солидни и непосилни за БАН. 

На разположение е и по-стар часовник, който обаче е претърпял токов удар и за кратко е бил извън строя. Работата в института се оказва много отговорна, тъй като данните от нашите устройства се предават в Международното бюро за мерки и теглилки, което се намира в Париж. Към него изпращат информация около 200 други атомни часовника от 50 държави в целия свят, които определят точното време по различни географски ширини.

През 2008 г. бе пусната в експлоатация специализирана система за автоматичен контрол на разпространението на националната скала за време в ефира на БНР. В случай, че системата отчете отклонение в рамките на 50 милисекунди от сигнала за точен час по радиото, следва обаждане, с което се известява, че трябва да последва сверяване от най-точния часовник в държавара.

инж. Веселин Гавалюгов, началник отдел "Дължина и време"
България закупува първия си атомен измервател през 70-те години на миналия век. Дотогава сме отчитали всеки отминаващ час с помощта на стар механичен швейцарски часовник, който бил монтиран в обсерваторията в Борисовата градина. Уредът имал директна връзка с националното радио, но кабелът често давал дефекти и сигналът се губел. Освен това изоставал с по една секунда на месец и се налагало да го настройват допълнително. 

Атомното време обаче си има и своите странности, които са обосновани от въртенето на Земята около Слънцето, обясни Гавалюгов. До 1956 г. секундата се е определяла спрямо въртенето на планетата и е дефинирана като една 86400-на част от средния слънчев ден. 

Днес часовото време се измерва на базата на секундата по системата СИ: Секунда e продължителността на 9 192 631 770 периода на излъчването, съответстващо на прехода между две свръхфини нива на основното състояние на атома на цезий 133. Тъй като астрономическите скали за време притежават множество недостатъци в наше време се избягва тяхното използване и широко приложение намират атомните скали за време.

Атомната скала за време (ТА), формирана на базата на атомната секунда е равномерна, лесно възпроизводима и съществуват технически възможности и методи за определянето й с висока точност.

Тъй като въртенето на Земята не е с постоянна скорост, атомното и слънчевото време се разминават. Поради тази причина от 1 януари 1972 г. е въведена Международна скала за координирано време се коригира при необходимост, за да се поддържа в границите на ± 0,9 s от астрономическото време. Според международни споразумения високосни секунди се добавят само в края на месеца, при това те са строго определени - през юни и декември.

Ако се наложи, допълването може да стане евентуално и през март и септември. Интересното е, че от 1972 година досега са добавени цели 36 секунди. За последно такава корекция бе направена този юни. За да се поддържа това международно единно време, се правят непрекъснати дистанционни сравнения. Това става с помощта на GPS-и, които улавят сигнали от американски, руски и европейски системи. Чрез тези спътници всеки ден се правят по 48 международни сравнения на времето. Тези сравнения се събират в компютъра и се изпращат за участие във формирането на световното време.

Интересното е, че нито един сайт или медия (освен БНР) не са свързани с най-точните часовници в България. Тепърва от института по метрология обмислят да пуснат опция с подобна информация на специален сайт, където всеки да може да сверява точния час. 

Инж. Веселин Гавалюгов разказа и че не липсват обаждания от любопитни граждани, които задават различни въпроси. Най-често срещаните са за разликата между 00.00 часа и 24.00 часа (което не съществува). Мнозина звънят и при смяната на часа, за да са сигурни, че няма да объркат с преместването на стрелките напред или назад. 
Оказва се, че единиците за време и честота от атомния цезиев часовник се използват и за калибриране на различни видове генератори, синтезатори, източници на честоти, източници на време, осцилоскопи и др. Те се сравняват с еталоните, по които се измерват. 

Цезиевото устройство дава отклонение с една секунда на 20 млн. години 

инж. Наташа Тошева, отговорник на Националния еталон за време и честота
Цезиевият часовник дава отклонение с една секунда на 20 млн. години, заяви главен експерт инж. Наташа Тошева, която е отговорник на Националния еталон за време и честота на България. За съжаление обаче няма как това да се тества на практика, тъй като експлоатацията е само 10 години. За работата на атомния часовник се използва преходът между две свръхфини нива на атома на цезий 133. Установено е, че в спокойно състояние на атома на цезий 133, прескачането на неговите електрони от едно ниво към друго, се случва с много стабилна във времето честота. Тази честота се използва за формиране на секундата. В капсулираната тръба има лампа, която излъчва цезиеви атоми, чийто живот е прекалено кратък. 

От  септември 2008 г. функциите на водещ часовник са били прехвърлени на CS 4000, SN 0815008058. Cs 4000 пък е предназначен да осигури стандартни  изходи на сигнали с висока стабилност и точност, които включват 100 kHz, 1,5  и 10 MHz и 1 s. С 10 MHz са свързани първичните еталони за дължина и електричество. 

Точни завинаги 

Наскоро американски учени обявиха, че са конструирали атомен часовник, който ще е точен 5 млрд. години. По думите на създателите му уредът е с 50 процента по-точен от предишния първенец в дисциплината - квантовия логически часовник, разработен от Националния институт за стандарти и технологии на САЩ.


Устройството е наречено стронциев решетъчен часовник. Той работи с хиляди атома от стронция, които се задържат в колона посредством лазерни "оптични капани". В този случай часовникът тиктака 430 трилиона пъти в секунда, след като атомите му се потопят в много стабилна червена светлина.

Идеята е дело на Института за лабораторна астрофизика към университета в Колорадо. Според някои учени изобретението може дори да надживее Земята, тъй като до 5 млрд. години Земята може да бъде погълната от Слънцето. 


23.09.2015 г.