Переносные атомные фонтанные часы

25.01.2026

Точное измерение времени лежит в основе современной науки и технологий - от глобальных навигационных систем до финансовых сетей и телекоммуникаций. На протяжении десятилетий эталоном высочайшей точности служили громоздкие атомные часы, доступные лишь крупнейшим национальным лабораториям. Однако исследователи из Национальной физической лаборатории Великобритании (NPL) сделали шаг к их радикальному упрощению, создав компактные атомные "фонтанные" часы без потери точности.

Новая установка сохраняет характеристики полноразмерных атомных часов, но при этом занимает лишь около 5% их объема. Вакуумная система устройства стала в 20 раз меньше, а общая масса настолько снизилась, что часы можно переносить одной рукой. Такая мобильность открывает возможность использования сверхточных эталонов времени за пределами специализированных лабораторий.

Ключевым достижением разработчиков стало то, что, несмотря на миниатюризацию, атомы в устройстве проводят в микроволновой камере столько же времени, сколько и в традиционных моделях. Это позволяет сохранять стабильность хода на уровне одной доли на 10^15. Руководитель проекта Сэм Волби подчеркивает, что за счет радикального упрощения конструкции сверхточные измерительные технологии могут стать основой устойчивой инфраструктуры и навигационных систем нового поколения.

Принцип работы атомных часов основан на том, что атомы поглощают и излучают электромагнитное излучение строго определенной частоты. В современной системе единиц СИ секунда определяется через микроволновый переход в атомах цезия. В "фонтанных" часах атомы сначала охлаждают лазерами, а затем запускают вверх, благодаря чему они дважды проходят через микроволновую камеру - при подъеме и падении, что значительно повышает точность измерений.

Команда NPL реализовала этот принцип в компактном формате, создав рубидиевые фонтанные часы высотой всего 80 сантиметров. При этом траектория движения атомов сохранилась на уровне 30 сантиметров, что позволило существенно сократить размеры установки по сравнению с классическими цезиевыми фонтанными часами и сделать ее удобной для транспортировки.

Сокращение габаритов стало возможным благодаря отказу от ряда традиционных элементов. Измерение квантовых состояний атомов теперь происходит непосредственно в охлаждающей камере, а подготовка атомов к нужному состоянию осуществляется с помощью специального адаптера, подающего микроволновый сигнал требуемой частоты в ту же область. Дополнительно была упрощена оптическая система, уменьшена магнитная защита и увеличена доля коммерческих компонентов, что снизило сложность эксплуатации и обслуживания.

По данным NPL, новые атомные часы способны работать как сверхстабильный резервный прибор, накапливая погрешность менее двух наносекунд в месяц. Планируется использовать их в качестве вторичного стандарта частоты для воспроизведения секунды в системе СИ. Такая устойчивость и точность особенно важны для систем позиционирования, навигации и синхронизации времени в условиях возрастающих рисков отказов спутниковых систем и кибератак.

<< Назад: Три измерения времени 26.01.2026

>> Вперед: Лошади распознают страх человека из-за запаха пота 25.01.2026

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Ферроэлектрики научились выдерживать более 10 миллиардов циклов перезаписи 11.10.2026

Энергонезависимая память должна не только быстро записывать и сохранять информацию без постоянного питания, но и выдерживать огромное количество циклов перезаписи. Одним из перспективных вариантов такой технологии считаются ферроэлектрические материалы, однако их практическое применение долгое время ограничивалось сравнительно быстрым разрушением. Исследователям удалось установить механизм этого процесса на атомном уровне и предложить способ, который значительно увеличивает срок службы таких материалов. Работу выполнила группа ученых из Университета электронной науки и техники Сианя (Xidian University) совместно с коллегами из Гонконгского университета и Фуданского университета. Особый интерес специалистов вызвали ферроэлектрики со структурой вюрцита, в частности нитрид алюминия-скандия (AlScN). Эти материалы способны сохранять информацию благодаря изменению направления электрической поляризации на атомном уровне и хорошо совместимы с современными технологиями производства микросхем ...>>

Электромобиль VENTRA с системой очистки воздуха 11.10.2026

Даже автомобили без двигателя внутреннего сгорания не являются полностью безвредными для окружающей среды. При движении любой автомобиль изнашивает шины и тормозные элементы, в результате чего в воздух и на дорожное покрытие попадают мельчайшие частицы. Студенты Эйндховенского технологического университета решили обратить внимание именно на этот мало заметный источник загрязнения и создали концептуальный электромобиль VENTRA, способный собирать часть таких загрязняющих веществ непосредственно во время движения. Проект разработала команда TU/ecomotive, которая оснастила VENTRA специальной системой улавливания частиц, образующихся при износе шин и торможении. Авторы концепта считают, что переход на электрическую тягу сам по себе не решает проблему автомобильных выбросов. Более тяжелые электромобили дополнительно нагружают шины, а их электродвигатели способны обеспечивать очень быстрое ускорение, что также может способствовать повышенному износу резины. Собранные около колес частицы си ...>>

Лазерное переключение магнитов 10.10.2026

Технологии хранения данных постоянно стремятся уменьшить размеры элементов памяти и одновременно увеличить скорость записи информации. Один из возможных путей связан с использованием света, который способен переносить энергию с огромной скоростью и воздействовать на очень небольшие области материала. Инженеры Университета Калифорнии в Сан-Диего (UC San Diego) продемонстрировали необычный способ управления магнитным состоянием вещества, при котором внешнее магнитное поле вообще не требуется. В обычных жестких дисках информация записывается в виде последовательности крошечных магнитных областей, соответствующих значениям 1 и 0. Для изменения их состояния обычно необходимо внешнее магнитное поле, однако такой способ требует значительных энергетических затрат и ограничивает скорость записи. Исследователи UC San Diego предложили альтернативу - так называемое оптическое переключение, при котором магнитное состояние изменяется под воздействием лазерного излучения. По оценкам специалистов, ...>>

Наушники Neurable One с мониторингом концентрации и усталости мозга 10.10.2026

Современные наушники постепенно превращаются из обычного аудиоустройства в персональный электронный помощник. Они уже умеют подавлять окружающий шум, анализировать качество звука и отслеживать некоторые параметры физического состояния человека. Американская компания Neurable пошла еще дальше и предложила использовать наушники для оценки активности мозга, чтобы определить, насколько человек сосредоточен, испытывает умственное напряжение или начинает уставать. Новая модель получила название Neurable One и оснащена 12 датчиками, способными регистрировать электрическую активность мозга. В основе технологии лежит электроэнцефалография, или EEG, применяемая для фиксации электрических сигналов, возникающих при работе нервной системы. Датчики размещены во внутренних накладках наушников и начинают получать информацию сразу после того, как пользователь надевает устройство. Затем специальное приложение анализирует полученные данные и оценивает текущее состояние человека. Разработчики предус ...>>

Климатический кризис меняет питание детей и влияет на их здоровье 09.10.2026

Когда говорят о влиянии климатических изменений на здоровье человека, чаще всего вспоминают экстремальную жару, наводнения, засухи или лесные пожары. Однако последствия глобального потепления могут проявляться гораздо менее заметно. Один из таких механизмов связан с продовольствием: изменения климата способны влиять на урожайность, стоимость продуктов и их доступность, а через это - на качество питания детей. Особое значение эта проблема приобретает в первые годы жизни. Дети в возрасте до пяти лет особенно чувствительны к недостатку необходимых питательных веществ, поскольку именно в этот период питание и окружающая среда тесно связаны с ростом организма, развитием и формированием иммунной системы. Если полноценная пища становится менее доступной, последствия могут проявляться не сразу, но отражаться на здоровье ребенка в дальнейшем. Бразильские исследователи попытались определить, где подобные проблемы могут пересекаться с климатическими факторами. Для этого специалисты разработ ...>>

Случайная новость из Архива Математики разработали идеальный кофе эспрессо 21.01.2020 Ученые создали математическую модель приготовления эспрессо, которая показала оптимальные значения параметров, позволяющих добиться повторяемости вкуса, при этом экономя кофе. Ключевая рекомендация заключается в помоле зерен до определенного размера, который грубее используемого сегодня в большинстве случаев. Эспрессо - это один из самых популярных способов заваривания кофе. Для получения этого напитка, горячую воду под давлением пропускают сквозь молотые жареные зерна. Несмотря на распространенность этого метода, результат его применения зачастую отличается раз от раза. Как правило, это списывают на человеческий фактор, хотя полноценных подтверждений этому не было. Существуют официальные рекомендации по завариванию эспрессо. Согласно им конечный объем напитка должен составлять от 25 до 35 миллилитров, при этом воду следует подавать под давлением в 9 бар, при температуре от 92 до 95 градусов Цельсия и в течение 20-30 секунд, а необходимая масса зерен для одной чашки должна находится в диапазоне от 7 до 9 грамм. Однако многие кофейни отклоняются от этих правил, так как современные кофемашины позволяют настраивать не только эти параметры, но и многие другие. Конечный вкус кофе определяется соотношением концентраций примерно двух тысяч химических соединений, содержащихся в зернах. Обычно считается, что чем меньше помол - тем лучше будет напиток, так как таким образом увеличивается площадь контакта кофе с водой. Однако в реальности сварить одинаковый на вкус эспрессо несколько раз подряд очень сложно. Джейми Фостер (Jamie Foster) из Университета Портсмута и его коллеги разработали новую математическую модель заваривания эспрессо, которая предлагает оригинальное объяснение непостоянству качества. Согласно результатам работы, количество заваривающегося кофе нелинейно зависит от степени помола: по мере уменьшения размера крупинок продуктивность растворения растет, но после определенного значения начинает падать. Авторы использовали не прямое моделирование всех физических и химических процессов при протекании воды сквозь кофе, а модифицировали хорошо разработанные методы симуляции движения заряженных частиц в литий-ионных батареях. Оказалось, что слишком мелкий помол приводит к частичному закупориванию фильтра и уменьшению доли растворяющегося субстрата. В конечном итоге авторы предлагают использовать не самый мелкий помол, добавлять чуть меньше зерен и использовать меньше воды. По словам исследователей, такая стратегия приводит к экономии денег и ресурсов, а также обеспечивает воспроизводимость вкуса напитка. Однако это не значит, что существует одно единственное значение параметров, которое позволяет сварить наилучший кофе, так как предпочтения во вкусе у людей различаются. В некоторых случаях для воспроизведения предпочитаемого вкуса может понадобится смешение нескольких завариваний по оптимизированному способу.

Смотрите полный Архив новостей науки и техники, новинок электроники

www.diagram.com.ua
2000-2026