Tần số Caesium (thời gian) tiêu chuẩn

2

Tần số Caesium etapon (thời gian)

Chà, bắt đầu từ… kể từ khi họ bắt đầu gian lận.
D. I. Mendeleev

Bất kỳ nghiên cứu khoa học nào - cả trong lĩnh vực thế giới vi mô và trong không gian - tất cả các quy trình bắt nguồn - từ việc sản xuất kẹp giấy đến chế tạo tàu phá băng nguyên tử - cuối cùng đều dựa trên những thay đổi. Những tiến bộ trong công nghệ và mở rộng nghiên cứu khoa học đòi hỏi những phương pháp thay đổi ngày càng phức tạp. Ví dụ, với sự ra đời của hàng không siêu thanh, các dịch vụ kiểm soát sân bay phải xử lý hàng triệu giây. Việc nghiên cứu các quá trình nguyên tử và hạt nhân đòi hỏi những thay đổi trong các khoảng thời gian nhỏ hơn hàng nghìn lần so với hàng tỷ phần của một giây.

Việc đo lường các đại lượng vật lý về cơ bản là một đặc tính để so sánh chúng với các giai đoạn tương ứng. Do đó, độ chính xác của một thí nghiệm vật lý phụ thuộc vào độ chính xác mà các đơn vị đo cơ bản được thiết lập.

Giai đoạn đầu tiên của thời gian

Không giống như các phép đo chiều dài và khối lượng có thể được thực hiện nhiều lần, phép đo quá trình theo khoảng thời gian không thể lặp lại và thời gian không thể thay đổi bằng cách so sánh không dự đoán với một giai đoạn. Thời gian có thể được đánh giá bằng những thay đổi trong thế giới xung quanh chúng ta, chẳng hạn như bằng những chuyển động được thực hiện bởi một vật chuyển động thẳng và đều. Phép đo thời gian cũng có thể dựa trên một quá trình tuần hoàn, ví dụ, biểu thức đều, dao động của con lắc.

Do chuyển động của các vật thể không xảy ra trong không gian trống rỗng và các lực luôn tác dụng lên chúng nên các chuyển động tuyệt đối đều và các quá trình tuần hoàn nghiêm ngặt lý tưởng không tồn tại trong tự nhiên. Do đó, không thể tránh khỏi những sai sót không thể tránh khỏi trong bất kỳ phương pháp thay đổi thời gian nào.

Hệ thống Trái đất-Mặt trời được sử dụng làm “đồng hồ” mẫu để kiểm tra tất cả các đồng hồ trên địa cầu. Các điểm tham chiếu cho các khoảng thời gian báo cáo được coi là những khoảnh khắc khi Mặt trời ở một vị trí nhất định so với người quan sát trên trái đất. Bước đầu tiên được chọn là biểu hiện hàng ngày của Trái đất. Khoảng thời gian giữa hai vị trí trên liên tiếp của tâm đĩa mặt trời (đỉnh) được gọi là ngày mặt trời thực sự. Tuy nhiên, độ dài của những ngày này thay đổi trong suốt cả năm (chuyển động của Trái đất quanh Mặt trời không đồng đều). Vì vậy, để báo cáo thời gian, người ta quyết định sử dụng ngày mặt trời trung bình, trạng thái dài hạn được thống nhất coi là bằng thời gian trung bình của ngày mặt trời thực sự trong năm. Đơn vị thời gian - giây - được lấy là 1/86400 giờ của một ngày mặt trời trung bình. Để lưu trữ thời gian trong khoảng thời gian giữa quan sát thiên văn và tái tạo đơn vị thời gian - giây - đồng hồ quả lắc được sử dụng. Trong ví dụ tốt nhất về đồng hồ có độ chính xác đặc biệt, sự thay đổi tốc độ trong ngày là ~ 0,001 giây, tương ứng với sai số tương đối là $\frac{\Delta t}{t} \approx 10^{-8}$.

Đồng hồ thạch anh

Sự phát triển của thiết bị điện tử vô tuyến cho phép tạo ra những chiếc đồng hồ đo thời gian chính xác hơn - đồng hồ thạch anh, sử dụng dao động đàn hồi của thạch anh thay vì con lắc.

3

Khi một tấm thạch anh, được cắt theo một cách nhất định từ một tinh thể, bị biến dạng, các điện tích trái dấu sẽ xuất hiện trên các mặt đối diện. Độ lớn và dấu của điện tích trên mặt lần lượt phụ thuộc vào độ lớn và hướng biến dạng (Hình 1). Hiện tượng này, được gọi là hiệu ứng áp điện trực tiếp, có thể đảo ngược: nếu đặt một hiệu điện thế lên tấm áp điện, thì nhựa, tùy thuộc vào cực của điện áp, sẽ co lại hoặc giãn ra. Một tấm như vậy, được nối với nguồn điện áp xoay chiều, thực hiện các dao động cưỡng bức có tần số bằng tần số dao động điện. Khi tần số v của dao động điện trùng với tần số tự nhiên v₀ của dao động của tấm thì biên độ A của dao động đàn hồi của nó sẽ lớn nhất (Hình 2). Tần số tự nhiên của tấm, được xác định bởi kích thước và hình dạng của nó, phụ thuộc rất ít vào nhiệt độ và các tác động bên ngoài.

Từ quan điểm của kỹ thuật vô tuyến, một tấm áp điện tương đương với một mạch cộng hưởng chung chứa điện cảm và điện dung, nhưng khác với nó ở chỗ cộng hưởng rất rõ. Đặc tính này của thạch anh áp điện từ lâu đã được sử dụng trong kỹ thuật vô tuyến để ổn định tần số máy phát trong máy phát vô tuyến. Đặc tính tương tự của thạch anh áp điện—sự ổn định cao của tần số dao động của chính nó—được sử dụng để tạo ra đồng hồ thạch anh thiên văn. Thành phần chính của đồng hồ như vậy là máy phát điện.
trika.

Hình 1.

Hình 2.

dao động điện từ, được ổn định bằng áp điện. Mạch máy phát điện được thể hiện trong hình 3.

Tấm quarium, thông qua các điện cực đặt vào các mặt đối diện, được kết nối giữa lưới và cực âm của ống vô tuyến. Sau khi đóng công tắc K, dòng điện trong mạch anốt bắt đầu tích điện cho tụ C. Khi phóng điện qua tụ điện L, trong mạch anốt L - C xuất hiện dao động điện từ tắt dần có tần số v = $\frac{1}{2\pi\sqrt{LC}}$.

Để có được dao động không suy giảm, điều cần thiết là các dao động của dòng điện anode phải xảy ra phù hợp với các dao động trong mạch anode và bù đắp cho sự tổn thất năng lượng trong đó. Điều này được thực hiện thông qua phản hồi. Thông qua mạch phản hồi “điện dung C_a c - anode - lưới đèn”, dao động trong mạch anode tạo ra một điện áp xoay chiều cùng tần số trên tấm quarium. Bằng cách thay đổi điện dung của tụ C,

4

Hình 4.

thiết lập mạch anode cộng hưởng với các dao động tự nhiên của tấm, kèm theo những thay đổi đồng bộ về độ lớn điện tích trên các điện cực của nó. Và điều này gây ra sự dao động về điện thế của lưới điều khiển dòng điện cực dương. Các xung của dòng điện anode hỗ trợ (do năng lượng của pin B) dao động độc lập trong mạch anode và trong bản cực.

Vì thạch anh áp điện có sự cộng hưởng mạnh (xem Hình 2), ngay cả khi có sự khác biệt nhỏ về tần số của mạch anode và tấm, biên độ dao động của tấm giảm mạnh và sự thay đổi điện tích trên các điện cực trở nên không đủ để kiểm soát dòng điện anode. Đó là lý do tại sao máy phát chỉ hoạt động ở tần số được xác định nghiêm ngặt, bằng tần số $v_0$ dao động tự nhiên của tấm kim loại.

Tần số dao động được tạo ra bởi bộ dao động tinh thể thường ở mức $10^4 - 10^6$ Hz. Để có được dấu thời gian hiếm hơn, bạn cần có bộ chia tần số điện tử giúp giảm tần số dao động xuống một số lần đã biết rõ *). Động cơ điện đồng bộ hoạt động bằng dòng điện xoay chiều có tần số giảm này sẽ làm quay các kim đồng hồ và đóng các tiếp điểm của rơle, cung cấp tín hiệu thời gian chính xác. Sơ đồ đơn giản của đồng hồ thạch anh được hiển thị trong Hình 4.

Sai số tương đối của đồng hồ thạch anh tốt nhất là $\frac{\Delta t}{t} \approx 10^{-9} - 10^{-10}$. Trong ngày, họ tụt lại phía sau hoặc đi trước $10^{-5}$ giây.

Giai đoạn toàn diện

Quan sát của một nhóm đồng hồ quả lắc và đồng hồ thạch anh đầu tiên vào năm 1937 cho thấy độ dài của ngày thay đổi đột ngột trung bình mỗi năm 0,002 giây và đồng thời tăng dần 0,0016 giây trên 100 năm *). Điều này có nghĩa là độ chính xác tối đa của việc xác định giây bằng đồng hồ “Trái đất quay quanh trục của nó” không vượt quá $\frac{2 \cdot 10^{-3}}{86400} \approx 0,2 \cdot 10^{-7}$.

Năm 1956, Văn phòng Cân đo Quốc tế quyết định chuyển sang một tiêu chuẩn thời gian ổn định hơn - chuyển động quay của Trái đất quanh Mặt trời. Vì vậy, hãy sử dụng khoảng thời gian của năm nhiệt đới - khoảng thời gian giữa hai lần di chuyển liên tiếp của tâm Mặt trời qua điểm cân bằng mùa xuân. Do độ dài của năm nhiệt đới không cố định hoàn toàn do sự xáo trộn do các hành tinh gây ra trong chuyển động của Trái đất, nên một trong số chúng đã được chọn - năm 1900.

*) Trái đất quay không đều chủ yếu là do trong quá trình thủy triều lên xuống, một phần năng lượng của chuyển động quay được dùng để thắng các lực điều khiển sự biến dạng của phần rắn chính của Trái đất và lực ma sát trong trong quá trình chuyển động của các khối nước lớn trong đại dương và không khí trong khí quyển.

5

Độ chính xác của việc xác định giây là 1/31556925.9747 của năm nhiệt đới bị hạn chế bởi độ chính xác của các quan sát thiên văn và đạt tới $10^{-10}$.

Nhưng trình độ thử nghiệm vật lý ở mọi lứa tuổi và sự phát triển của công nghệ đòi hỏi độ chính xác của việc thiết lập các đơn vị đo lường cơ bản phải tăng thêm. Ví dụ, những tiến bộ trong khám phá không gian sẽ không đáng kể nếu không có khả năng đo thời gian với độ chính xác $10^{-12}$ s. Điều này trở nên khả thi sau khi chuyển sang các phương pháp chuẩn hóa tần số mới, dựa trên các quy trình nguyên tử.

Tại sao đồng hồ nguyên tử chính xác hơn đồng hồ mặt đất và đồng hồ thạch anh?

Không giống như thế giới vĩ mô, nơi thậm chí không có hai vật thể hoàn toàn giống nhau, trong thế giới vi mô, tất cả các bộ phận cùng loại, ví dụ như các electron, đều không thể phân biệt được. Các nguyên tử, bao gồm cùng số lượng nguyên tố hạt, cũng hoàn toàn giống nhau. Các phân tử là sự kết hợp giống nhau của cùng số nguyên tử cũng trở nên hoàn hảo.

Các nguyên tử hoặc phân tử giống hệt nhau có các tập hợp tần số dao động tự nhiên giống hệt nhau và không đổi; chúng có thể phát ra hoặc hấp thụ các sóng điện từ có độ dài như nhau và được xác định chặt chẽ, chỉ phụ thuộc vào cấu trúc của một loại hạt nhất định. Điều quan trọng là những máy tạo rung điện từ này không bị hao mòn.

Đây là lý do tại sao việc sử dụng các hệ thống nguyên tử để chuẩn hóa tần số (thời gian) và độ dài lại rất hấp dẫn. Vì hoạt động của các vi hạt được xác định bởi các định luật cơ học lượng tử nên các eton được tạo ra trên cơ sở hệ thống nguyên tử được gọi là lượng tử.

Ethon lượng tử đầu tiên là ethon có chiều dài. Hóa ra tiêu chuẩn quốc tế về chiều dài - một mét - chứa 1650763,73 bước sóng bức xạ phát sinh trong quá trình chuyển đổi giữa hai trạng thái cụ thể của nguyên tử krypton ($^{86}$Kr).

Có vẻ như việc tiêu chuẩn hóa tần số và thiết lập đơn vị thời gian nên được thực hiện dọc theo cùng một đường màu cam của krypton-86, được sử dụng để thiết lập đơn vị độ dài. Tuy nhiên, sẽ thuận tiện hơn khi sử dụng tính năng giám sát tần số vô tuyến, vì điều này giúp có thể kết hợp etapon tần số với mạch vô tuyến điều khiển tiến trình của đồng hồ thạch anh hoặc cho phép so sánh tần số với eton. Khi tính đến những trường hợp này, Hội nghị Trọng lượng và Đo lường Quốc tế năm 1967 đã quyết định từ bỏ ethon tự nhiên của thời gian “Trái đất quay quanh Mặt trời” và chuyển sang sáng tạo nhân tạo và ethon lượng tử không liên quan đến vật thể quan sát được thiên văn, sử dụng một trong các bước sóng của bức xạ điện từ từ các nguyên tử Caesium, nằm trong phạm vi vô tuyến ($\lambda \approx 3,27 \cdot 10^{-2}$ m). Để có được nguyên lý hoạt động của đồng hồ lượng tử, chúng ta sẽ phải xem xét cách các nguyên tử hành xử trong từ trường.

Kim nguyên tử và từ tính

Ngoài điện trường, các electron và hạt nhân nguyên tử còn tạo ra từ trường trong không gian xung quanh. Các nguyên tử vectơ cảm ứng từ trường là tổng hình học của các vectơ cảm ứng từ của trường của các hạt cấu thành nó. Đối với một số nguyên tử, vectơ cảm ứng thu được bằng 0, nhưng nhiều nguyên tử, kể cả nguyên tử Caesium, có từ trường. Những nguyên tử như vậy gần giống với mũi tên từ tính.

Trong trường hợp không có từ trường bên ngoài, các vectơ cảm ứng của từ trường của nguyên tử Caesium, cũng như của các kim từ ở khoảng cách đủ xa nhau, được định hướng ngẫu nhiên. Theo ngôn ngữ của cơ học lượng tử, điều này có nghĩa là ở cùng một mức năng lượng có các nguyên tử có hướng từ trường khác nhau (Hình 5).

Được biết, kim la bàn đặt theo phương của lực

6

Hình 5.

đường sức từ bên ngoài. Nếu sau khi thực hiện công chống lại lực tương tác giữa con trỏ và từ trường, con trỏ bị lệch một góc nhất định và thả ra, thì dưới tác dụng của các lực này, nó sẽ trở về vị trí ban đầu sau một vài dao động. Vị trí cân bằng này ổn định vì nó tương ứng với giá trị tối thiểu của thế năng của mũi tên - ở bất kỳ vị trí nào khác, thế năng của nó lớn hơn lượng công dành cho việc thay đổi hướng ban đầu.

Theo các khái niệm lượng tử, các nguyên tử đặt trong từ trường bên ngoài chỉ chịu hai hướng của từ trường của chính chúng: hoặc “dọc theo trường” (giống như kim từ trong từ trường Trái đất) hoặc “ngược lại từ trường”. Nếu hướng “dọc theo trường” tương ứng với nguyên tử năng lượng $E_1$, thì hướng “ngược lại trường” sẽ tương ứng với giá trị lớn hơn một chút của nguyên tử năng lượng $E_2$ (giống như năng lượng của kim từ tính “ngược lại trường” lớn hơn năng lượng của kim từ tính định hướng tự phát “dọc theo trường” tính theo lượng công tiêu tốn cho việc định hướng lại này).

Nói cách khác, việc đặt nguyên tử mục tiêu vào từ trường bên ngoài sẽ làm cho mức năng lượng chính mở rộng thành hai mức phụ có năng lượng $E_1$ và $E_2$ và $E_2 > E_1$ (Hình 6).

Sự chuyển đổi của các nguyên tử $E_2 \rightarrow E_1$ (từ cấp dưới $E_2$ sang cấp dưới $E_1$) đi kèm với bức xạ và các chuyển đổi $E_1 \rightarrow E_2$ đi kèm với sự hấp thụ sóng có tần số $v_0 = \frac{E_2 - E_1}{h} = \frac{\Delta E}{h}$. Sự chênh lệch năng lượng $E_2 - E_1$ không lớn và tần số $v_0$ nằm trong dải sóng vô tuyến.

Hình 6.

Hình 7.

Giá trị $\Delta E$ phụ thuộc rất ít vào tác động bên ngoài. Do đó, bức xạ có tần số $v_0 = \frac{\Delta E}{h}$ có thể được sử dụng làm tham chiếu. Nhưng để thực hiện điều này trong thực tế, cần phải “sắp xếp” các nguyên tử theo năng lượng.

Do điện trường không có tác dụng lên các nguyên tử trung tính và từ trường đều chỉ có thể gây ra sự định hướng của từ trường của các nguyên tử nên việc “phân loại” các nguyên tử theo năng lượng được thực hiện bằng cách sử dụng một từ trường rẻ tiền. Ví dụ, như trong Hình 7. Như có thể thấy trên hình, các nguyên tử định hướng “dọc theo trường” sẽ bị hút vào vùng cảm ứng lớn hơn, và các nguyên tử định hướng “ngược lại trường” sẽ hòa trộn theo hướng ít cảm ứng hơn. Sự pha trộn được gây ra bởi sự không đồng đều của các lực tác dụng lên phần “phía bắc” và “phía nam” của các nguyên tử ($|\vec{f}_1| > |\vec{f}_2|$).

Tiêu chuẩn cesive

Sơ đồ mạch của chuẩn tần số cesive được hiển thị trong Hình 8.

7

Đun nóng qua một khe hẹp (1), trong đó kim loại Caesium bay hơi, các nguyên tử Caesium bay ra ngoài dưới dạng chùm tia phẳng và đi vào vùng từ trường bậc thấp $B_1$ được tạo ra bởi một nam châm (2) có hình dạng đặc biệt. Để đơn giản, hình vẽ chỉ thể hiện quỹ đạo của các nguyên tử dọc theo rìa của chùm tia này. Chuyển động của các nguyên tử xảy ra bên trong ống chân không, không được thể hiện trên hình.

Trong từ trường cấp thấp $B_1$, các nguyên tử Caesium được định hướng “dọc theo trường” và “ngược lại từ trường”, lấy các giá trị năng lượng lần lượt là $E_1$ và $E_2$. Nhưng ngoài khả năng định hướng, các nguyên tử còn được phân tách bằng năng lượng. Một số nguyên tử ở rìa trên của chùm tia, được định hướng “dọc theo trường” và có năng lượng $E_1$, bị hút vào vùng cảm ứng cao hơn và không tham gia vào hoạt động của thiết bị. Một phần khác của các nguyên tử ở cạnh trên của chùm tia, được định hướng “ngược lại trường” và có năng lượng $E_2$, bị đẩy ra khỏi vùng có cảm ứng cao hơn và quỹ đạo của chúng bị cong xuống. Ở phần dưới của chùm tia, các nguyên tử có năng lượng $E_2$ (hướng “ngược lại trường”) bị lệch sang một bên nhỏ hơn cảm ứng và rời khỏi trò chơi, còn các nguyên tử có định hướng “dọc theo trường” (có năng lượng $E_1$) bị lệch về phía trục của thiết bị.

Các nguyên tử Caesium được sắp xếp theo năng lượng $E_1$ và $E_2$ đi vào bộ cộng hưởng (3), nơi tạo ra một từ trường đều $B$ (nam châm (4)), trong đó các nguyên tử chuyển động tuyến tính và duy trì sự phân tách năng lượng. Một trường điện từ cũng được tạo ra trong khu vực cộng hưởng, tần số của trường này có thể thay đổi trơn tru. Nếu tần số này bằng tần số $v_0 = \frac{E_2 - E_1}{h}$, thì một phần nguyên tử có năng lượng $E_1$, sau khi hấp thụ một lượng tử năng lượng $hv_0 = E_2 - E_1$, sẽ chuyển sang trạng thái $E_2$ và có hướng “ngược lại trường”, và một phần nguyên tử có năng lượng $E_2$ của chùm tia khác dưới tác dụng của lượng tử $hv_0$ do phát xạ kích thích sẽ chuyển sang trạng thái $E_1$, thay đổi hướng “đối diện với sân” thành hướng “dọc theo sân”*).

Phía sau bộ cộng hưởng có một vùng từ trường bậc thấp $B_2$ (nam châm (5)), tương tự như trường $B_1$. Trong trường này, các nguyên tử được sắp xếp theo năng lượng, do đó xuất hiện các tương tác toàn diện với trường điện từ; các nguyên tử có năng lượng $E_2$ và $E_1$ bị lệch về phía trục chùm tia và rơi vào thiết bị chiếu. Các nguyên tử có năng lượng $E_1$, chưa hấp thụ một lượng tử của trường điện từ $hv_0$ và các nguyên tử có năng lượng $E_2$, không trải qua sự phát xạ kích thích, bị từ trường cấp thấp $B_2$ làm chệch hướng khỏi trục của thiết bị và không chạm tới đầu phun. Do đó, nếu tần số của trường điện từ không bằng tần số $v_0 = \frac{\Delta E}{h}$ thì không có tương tác của trường điện từ với các nguyên tử Caesium. Trong trường hợp này, các nguyên tử không được đưa vào ứng dụng.

*) V. A. Fabrikant. “Chuyện gì xảy ra ở trại heli-neon.” («Kvant», 1978, số 6.)

Hình 8.

8

Bộ thu là một dây vonfram được nung nóng (6) nằm dọc theo trục của điện cực bán hyđrua (7). Các nguyên tử Caesium tiếp xúc với vonfram nóng, tạo ra các electron hóa trị cho nó, trở nên dương và bám vào điện cực tích điện âm - bộ thu (7). Rõ ràng là dòng điện qua điện kế G tỷ lệ thuận với số lượng nguyên tử Caesium đã thay đổi năng lượng bằng cách hấp thụ hoặc phát ra lượng tử phóng xạ màu xanh lá cây $hv_0$ trong vùng cộng hưởng. Đường cong biểu diễn sự phụ thuộc của dòng điện qua điện kế vào tần số của trường điện từ trong vật cộng hưởng có hình dạng tương tự như đường cong trên Hình 2, nhưng có mức cực đại thậm chí còn hẹp hơn: $\frac{\Delta v}{v_0} \approx 10^{-13}$.

Tần số $v_0 = \frac{(E_2 - E_1)}{h} = 9192631770,0$ Hz, tại đó dòng điện đạt giá trị cực đại và xảy ra sự chuyển đổi lượng tử của $E_1 \rightarrow E_2$ nguyên tử của đồng vị Caesium-133 ($^{123}$Cz), đã được Hội nghị Trọng lượng và Đo lường Quốc tế chấp nhận như một cột mốc quan trọng. Đơn vị thời gian - giây nguyên tử - là 9.192.631.770,0 chu kỳ của các dao động điện từ như vậy.

Một ống Caesium và một máy phát tần số cao giao tiếp với một thiết bị điện tử - một thiết bị phân biệt tự động điều chỉnh tần số của máy phát đến hạt giai đoạn $v_0$, trên đó các nguyên tử Caesium phản ứng. Mức độ ổn định tần số cao là do ngay cả sự lệch hướng nhỏ nhất của máy phát cũng ảnh hưởng đáng kể đến cường độ tín hiệu từ ống Caesium.

Do chu kỳ dao động tương ứng với hạt giai đoạn $v_0$ khác nhau nhiều bậc độ lớn so với đơn vị thời gian - giây, nên bài toán phát sinh để nhận tín hiệu có giá trị thấp điều khiển tiến trình của đồng hồ và thiết bị tạo ra tín hiệu thời gian chính xác. Để làm điều này, máy phát giao tiếp với bộ cộng hưởng không trực tiếp mà thông qua các mạch nhân. Do đó, tần số của nó nhỏ hơn tần số etan một số lần nhất định. Bộ tạo này điều khiển tiến trình của đồng hồ thạch anh, điều khiển đồng hồ và thiết bị tạo ra tín hiệu thời gian chính xác.

Chuẩn tần số lượng tử đầu tiên được tạo ra vào năm 1955 bởi nhà vật lý người Anh L. Essen. Với việc chế tạo và sử dụng thiết bị này, ông đã được trao Huy chương Vàng A. S. Popov.

Một trong bốn giai đoạn Caesium tốt nhất trên thế giới, là cơ sở của Eton tần số và thời gian chính của bang, được đặt tại Trung tâm Đo lường Chính của nước ta ở làng Mendeleevo gần Moscow. Nó sẽ tái tạo những giây nguyên tử với độ chính xác tương đối là $3 \cdot 10^{-13}$, tương ứng với sai số một giây trong 100.000 năm. Để lưu trữ thời gian, nghĩa là liên tục đếm giây, phút và giờ, cung cấp tín hiệu thời gian chính xác và dịch vụ kiểm tra, tần số xêsi thứ cấp và eton thời gian cũng như toàn bộ nhóm amoniac, hydro, rubua và các máy phát lượng tử khác - laser, độ rộng của các vạch quang phổ rất hẹp ($\sim 10^{-7}$ Å). Để thay đổi tần số của bức xạ laser, khác với tần số của ethanol một vài bậc độ lớn, những tần số này được hạ xuống bằng cách nhân tần số nhỏ hơn của chúng với một số lần đã biết chính xác. Việc so sánh hai tần số tương tự sẽ được thực hiện bằng cách thay đổi tần số nhịp của chúng bằng máy hiện sóng và các phương pháp khác$^*$.

Trong những năm gần đây, người ta phát hiện ra rằng các thông số của đồng hồ dựa trên máy phát lượng tử hydro tốt hơn so với đồng hồ của caesium. Độ ổn định của chúng trong ngày là $10^{-14}$, tức là kém hơn 10 lần so với Caesium ethon. Người ta giả định rằng nó có thể giảm xuống $10^{-16}$. Vì vậy, vấn đề thay thế chuẩn tần số Caesium bằng chuẩn tần số khác thậm chí còn chính xác và ổn định hơn đang được thảo luận.

Ngày nay, độ chính xác của những thay đổi về thời gian cao hơn hàng chục nghìn lần so với độ chính xác của những thay đổi về các đại lượng vật lý khác.

*) Bạn có thể đọc về điều này trong bài viết của A. V. Eletsky “Tốc độ ánh sáng và những thay đổi của nó” («Kvant», 1975, số 2).