Як насправді працює атомний годинник і чи можна поставити його в будинку

Атомні годинники – найточніші в світі, вони використовуються в роботі космічних станцій, для керування суден і в навігаційних системах. Але чи можна встановити вдома надточний атомний будильник?

В основі вимірювання часу атомними годинниками лежить періодичність коливань електронів в атомі. Еталоном точності вважаються коливання в атомах цезію-133, по ним визначається тривалість секунди – це 9 192 631 770 коливань при абсолютному нулі і відсутності зовнішніх впливів.

Головна перевага атомного годинника в тому, що вони не відстають і не тікають. Для того, щоб свідчення відхилилися на 1 секунду, буде потрібно від 30 мільйонів до 15 мільярдів років. Саме висока точність дозволяє використовувати атомний годинник в навігаційних системах (в тому числі GPS, Galileo), в яких відстань визначається за часом прийому сигналу з супутника. Застосовується атомний годинник в роботі космічних кораблів, морських суден і підводних човнів, на базових станціях мобільного зв’язку, а також в наукових експериментах, наприклад, для перевірки теорій часу.

Чому ми всі не користуємося такими точними годинниками? Справа в тому, що атомний годинник – громіздкий, складний і дорогий пристрій, що включає в себе систему охолодження до абсолютного нуля (-273,15 ⁰С). Перші подібні годинники були побудовані в 1952 році в США, а зараз ними оснащено кілька центрів еталонного часу по всьому світу.

Годинники NIST в Боулдері, Колорадо на основі атомів ітербію вважаються одними з найбільш точних навіть серед атомних годинників. Зображення: Burrus / NIST

Проте, існують так звані атомні годинники для дому та навіть наручні пристрої. Звичайно, в них немає ізотопів цезію і системи охолодження. Висока точність забезпечується за рахунок радіосинхронізаціі з центрами еталонного часу. Наприклад, в США для роботи домашніх атомних годинників використовується годинник в Боулдері (Колорадо), що передає сигнали точного часу на частоті 66 кГц. По радіочастотах пристрої отримують двійковий код, який встановлює на них точний час і при необхідності коректує його.

В Україні атомні годинники також продаються і працюють, але для синхронізації вони використовують передавач DCF77 в Майнфлінгені (Німеччина), який транслює сигнали на частоті 77,5 кГц. Причому за відгуками користувачів, щоб зловити радіозв’язок, потрібно виставити годинник на вікно, що виходить на захід і по можливості задіяти якийсь металевий предмет як підсилювач сигналу. У хід йдуть чайники, термоси, батареї центрального опалення і навіть газові балони.

В регіонах, де така синхронізація в принципі неможлива, атомний годинник підводять вручну, як звичайний кварцовий. Для цього використовується будь-який сайт з точною атомною годиною (найвідоміший – Time.is). До речі, там же можна звірити годинники на електронних гаджетах, хоча особливої ​​необхідності в цьому немає: будь-який пристрій з підключенням до мережі встановлює його по атомних годинниках.