Прибор, который предназначен для измерения времени, в котором применяются колебания, связанные с процессами, проистекающими на уровне молекул либо атомов, называется атомными часами.

Установление положения спутников, самолетов, космических кораблей, подводных лодок, баллистических ракет, а также автоматическое передвижение транспорта по спутниковой связи немыслимы без атомных часов. Этот прибор эксплуатируется в системах, как наземной телекоммуникации, так и спутниковой. Кроме того, он используется сервисами точного времени, базовыми станциями сотовой связи, а также международными службами стандартов.

С семидесятых годов одна секунда определяется международной системой единиц СИ как 9 192 631 770 циклов электромагнитного излучения, которое возникает в процессе перехода между сверхтонкими уровнями базового состояния атома цезия-133. В соответствии с определением, этот вид атома представляет собой норму для измерений частоты и времени.

Устройство атомных часов
Прибор состоит из кварцевого генератора, комплекса электроники и квантового дискриминатора. Кварцевым генератором является автогенератор, в котором в качестве резонансного элемента эксплуатируется кварцевый кристалл. С целью повышения стабильности кварцевого резонатора используются колебания молекул или атомов. При появлении разницы в частоте и фазе колебаний, частота кварцевого генератора подстраивается под необходимое значение, повышая точность и стабильность часов.

Разновидности атомных часов

В качестве репера для прибора выбираются атомы, которые являются нечувствительными к разным внешним воздействиям. В любом диапазоне электрического и магнитного спектров излучения имеются атомы рубидия, стронция, цезия и кальция, а также молекулы йода, метана и водорода. Первичным стандартом частоты выбирается переход в постоянном атоме цезия. Параметры вторичных стандартов сравниваются с первичным стандартом. Для осуществления такого сравнения применяются «оптические гребёнки».

В 2006 году американские ученые, работающие в Национальном институте технологий и стандартов, под кураторством Джима Бергквиста создали часы, которые функционируют на одном атоме ртути. Когда выполняется переход от одного энергетического уровня иона ртути к другому, создаются фотоны со стабильностью в пять раз выше по сравнению с микроволновым излучением цезия-133. Атомные часы нового образца могут также использоваться в экспериментах по изменению физических постоянных. На данный момент времени ведутся разработки компактных часов, которые можно будет использовать в повседневной жизни. Помимо этого, подобная технология может быть интегрирована как в мобильные устройства, так и в прочие гаджеты.

Стоит отметить, что в 2011 году представители американской компании Symmetricom объявили о производстве цезиевых часов, которые по размеру будут как маленькая микросхема. Безусловно, у атомных часов имеется большой потенциал, который полностью еще не раскрыт.