Modernos relojes atómicos sólo utilizan átomos de cesio como osciladores. ¿Por qué no utilizar otros átomos para este papel?
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Floris
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54054
"Debido a que es como el segundo está definido" está bien, pero que inmediatamente nos lleva a la pregunta "¿por qué Cesio convertido en el estándar"?
A la respuesta que tenemos que buscar en el principio de un reloj atómico: mirar a la frecuencia de la transición hiperfina - un desdoblamiento de los niveles de energía causada por el campo magnético del núcleo. Para que esto funcione se necesita:
- un átomo que puede fácilmente ser vaporizado (en los sólidos, el principio de exclusión de Pauli causas línea de ampliación)
- un átomo con un campo magnético (para el electrón - interacción de campo): número impar de protones/neutrones
- un átomo con un solo isótopo estable (por lo que no tiene para purificarla, y no obtener múltiples líneas)
- una alta frecuencia para la transición (de medición más preciso en corto tiempo)
Cuando usted pone todos los posibles candidatos elementos en contra de esta tabla, usted encontrará que el Cs-133 es su candidato. Lo que hizo el elemento preferido; a continuación, la norma; y ahora, prácticamente el único utilizado.
He encontrado mucha de esta información en http://www.thenakedscientists.com/forum/index.php?topic=12732.0
lfx
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892
La elección de cesio es debido a varios factores. Vale la pena señalar que su declaración "Modernos relojes atómicos sólo el uso de los átomos de cesio" es simplemente falso. Al menos, el rubidio y el hidrógeno relojes son comunes, y usted puede conseguir el rubidio normas en eBay por menos de $200. Pero el mejor rendimiento se logra a través de cesio. En parte esto es debido a que fue elegida como la norma, y como tal se considera más útil para pasar el esfuerzo de desarrollo en las mejoras del estándar en lugar de una alternativa.
Pero ¿por qué se cesio elegido? Varios factores:
A temperaturas razonables, el cesio tiene una alta presión de vapor, haciendo que los efectos de la resonancia relativamente fáciles de observar.
Gran transición hiperfina, creando un mejor Q de la resultante de resonador.
Como contraposición a rubidio, cesio tiene un solo isótopo estable, por lo que conseguir realmente un gas puro es mucho más fácil. No hay separación isotópica necesario.
EDITAR - PlasmaHH ha comentado en la superior la estabilidad de la frecuencia de hidrógeno sobre el cesio. Si bien esto es cierto, el cesio muestra mejor intrínseca de precisión (alrededor de 2 órdenes de magnintude), y no el envejecimiento, donde los efectos de hidrógeno hace la edad. La combinación hace que el cesio un mejor nivel, ya que una norma no tiene referencia para compararlo con el fin de calibrar a cabo la deriva. Ver http://www.chronos.co.uk/files/pdfs/itsf/2007/workshop/ITSF_workshop_Prim_Ref_Clocks_Garvey_2007.pdf para una discusión por un fabricante.
Pierre Fortier
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6
Como se ha mencionado por WhatRoughBeast, cesio ofrece varias ventajas sobre los demás microondas normas. Su característica más importante es la presencia de un átomo de transición con un muy pequeño espesor de línea. Esto permite que la energía de esta transición se estableció de forma muy precisa (véase el principio de incertidumbre).
Sin embargo, el cesio no es el único átomo con un estrecho transición. Por ejemplo, Yb+ iones tienen un octupole de transición que se nHz amplia: un átomo excitado a este estado no iba a durar varios años antes de que decayó. Esto, en principio, permitiría a la frecuencia de la transición se determina muy bien.
Entonces, ¿por qué los relojes atómicos sólo el uso de cesio? Bien...
No
Las modernas segundo se define en términos de la Cs de hyper-multa de transición, entonces, por supuesto, ningún otro reloj puede ser tan precisa como el cesio, puramente por definición. Pero en el campo de los relojes atómicos, la palabra "exacta" adquiere un significado específico.
Con frecuencia en la física, nos referimos a la exactitud y precisión. La exactitud de algo es lo bien que su promedio está de acuerdo con el valor "correcto", mientras que la precisión es la dispersión de los resultados. Ver la imagen de abajo.
Para los relojes atómicos, las cantidades relevantes son la precisión y la estabilidad. Aquí, la exactitud se refiere a la forma en la que el reloj se da cuenta de que las INTELIGENCIAS segunda y la estabilidad se refiere a la rapidez con que lo hace. La (in)estabilidad de un reloj se produce porque todas las mediciones tienen algún ruido estadístico sobre ellos: es sólo después de muchas mediciones que usted obtenga la respuesta correcta, y la estabilidad que le dice cómo muchas de las medidas que usted necesita hacer.
Secundaria representaciones de la IS segundo
Así que si el segundo es definido por el cesio, ¿por qué digo que no todos los relojes de uso?
El Comité International des Poids et Mesures (CIPM) en 2012, adoptada el 8 de secundaria representaciones de la IS segundo. 7 de estos son óptico de relojes que ofrecen muchas ventajas sobre una fuente de cesio (conocido como un horno de microondas estándar).
Para saber lo bueno que un reloj es, usted debe comparar contra otro reloj de lo contrario usted no tiene ninguna referencia! La mejor modernos cesio fuentes están de acuerdo el uno con el otro a aproximadamente $\frac{\Delta \nu}{\nu} \aprox 10^{-16}$. Moderna óptica de los relojes atómicos, como el iterbio de iones de relojes o estroncio celosía relojes, puede exhibir acuerdos acerca a $\frac{\Delta \nu}{\nu} \aprox 10^{-18}$: que es 100 veces mejor! Por otra parte, la óptica de los relojes están mejorando rápidamente. Parece que, muy pronto, la mejor óptica relojes superará microondas relojes por muchos órdenes de magnitud. Ver este artículo en la Naturaleza para obtener más información.
Estos relojes trabajo mediante el uso de las transiciones que utilizan frecuencias visibles, como contraposición a frecuencias de microondas se utiliza en el Cs de relojes. Así, mientras que Cs todavía es la definición de la segunda, moderna óptica de los relojes de ofrecer un mejor rendimiento y se espera que pronto reemplazar el cesio como el estándar.
El siguiente gráfico muestra la evolución de los relojes atómicos a lo largo del tiempo. Los puntos rojos representan los puntos en los cuales óptica relojes son mejores que los relojes de cesio. Es importante notar que el cesio fuentes han experimentado mejoras de 5 órdenes de magnitud en los últimos 40 años: toda una hazaña!
Manu
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56
Porque un segundo se define como (desde el folleto del SI):
la duración de 9192631770 períodos de la radiación correspondiente a la transición entre los dos niveles de la hiperfina del estado base del átomo de cesio-133, $ {} ^ {133} \mathrm {Cs} $.
Por lo tanto, utilizar cualquier otro átomo es irrelevante (aunque sea calcular un factor de corrección de tiempo).
user84744
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1
Como otros usuarios han dicho, tiene un isótopo estable, así que es bueno.
También SI el estándar. Podemos definir el segundo por el Cesio. Específicamente:
El segundo es la duración de 9 192 631 770 períodos de la radiación correspondiente a la transición entre los dos niveles hiperfinos del estado fundamental del cesio 133 del átomo.
Así que, si vamos a utilizar otro átomo, no sería tan preciso. Incluso si calculamos cuántos períodos de otra sustancia que se tomó para la igualdad de un segundo, incluso si es sólo por un factor de 10-12 , todavía iba a ser tan exacta como el sistema que estamos utilizando hoy en día.
