Fysikkverdenen fikk seg til en bit av en tizz denne måneden som forskere ved CERN, Det europeiske laboratoriet for partikkelfysikk, fant en anomali på et av deres eksperimenter, som syntes å vise at noen partikler reiste raskere enn lys.

Tidsserveren kan gi nøyaktighet til atomuret

Hurtigere enn lysreiser for noen partikkel er selvsagt forbudt ifølge Einsteins spesielle relativitetsteori, men OPERA-teamet på CERN, som sparket nøytriner rundt en partikkelakselerator, som reiser for 730 km, fant at neutrinene reiste avstanden 20-deler per millioner raskere enn fotoner (lette partikler) som betyr at de brøt Einsteins hastighetsgrense.

Selv om dette eksperimentet kan vise seg å være en av de viktigste funnene i fysikken, er fysikere gjenværende skeptiske, noe som tyder på at en årsak kan være en feil generert i vanskeligheter og kompleksiteter ved måling av slike høye hastigheter og avstander.

Teamet på CERN brukte GPS tidsservere, bærbare atomklokker og GPS-posisjoneringssystemer for å gjøre sine beregninger, som alle ga nøyaktighet i avstand til innenfor 20cm og en nøyaktighet av tid til innenfor 10 nanosekunder. Imidlertid er anlegget underjordisk, og GPS-signaler og andre datastrømmer måtte være kablet ned til forsøket, en forsinkelse laget er overbevist om at de tok hensyn til under beregningene.

Fysikere fra andre organisasjoner forsøker nå å gjenta eksperimentene for å se om de får de samme resultatene. Uansett utfallet, er denne typen banebrytende forskning bare mulig takket være nøyaktigheten av atomklokker som er i stand til å måle tiden til millionths of a second.

For å synkronisere et datanettverk til en atomur trenger du ikke å få tilgang til et fysikklaboratorium som CERN så enkelt NTP-servere tid som galleoner NTS 6001 vil motta en nøyaktig kilde til atomur tid og holde all maskinvare på et nettverk til innen noen millisekunder av det.

De fleste av oss tror vi vet hva tiden er. Med et blikk av våre armbåndsur eller veggklokker, vi kan fortelle hvilken tid det er. Vi tror også at vi har en ganske god ide om at farttiden går videre, et sekund, et minutt, en time eller en dag er ganske veldefinert; Disse tidsenhetene er imidlertid helt menneskeskapte og er ikke like konstante som vi kanskje tror.

Tiden er et abstrakt konsept, mens vi kanskje tror det er det samme for alle, er tiden påvirket av samspillet med universet. Gravitet, for eksempel, som Einstein observert, har evnen til å forvisse romtid, som forandrer hastigheten i hvilken tid som går, og mens vi alle lever på samme planet under de samme gravitasjonskreftene, er det subtile forskjeller i hastigheten der tiden går.

Ved hjelp av atomklokker er forskere i stand til å fastslå hvilken effekt jordens tyngdekraft har i tide. Den høye havnivået en atomur er plassert, jo raskere går tiden. Mens disse forskjellene er små, viser disse eksperimenter tydelig at Einsteins postuleringer var korrekte.

Atomsklokker har blitt brukt til å demonstrere noen av Einsteins andre teorier om tid også. Einstein hevdet i relativitetsteorier hans at hastighet er en annen faktor som påvirker hastigheten når som helst. Ved å plassere atomklokker på omkrets romfartøy eller fly som beveger seg i fart, varierer tiden som måles av disse klokkene til klokker som er venstre statiske på jorden, en annen indikasjon på at Einstein hadde rett.

Før atomklokker var måling av tid til slike nøyaktighetsgrader umulig, men siden oppfinnelsen i 1950 er ikke bare Einsteins postulasjoner vist riktig, men vi har også oppdaget noen andre uvanlige aspekter ved hvordan vi betrakter tiden.

Mens de fleste av oss tenker på en dag som 24-timer, hvor hver dag har samme lengde, har atomklokker vist at hver dag varierer. Dessuten, atomklokkene har også vist at jordens rotasjon gradvis svekker seg, noe som betyr at dagene blir sakte lenger.

På grunn av disse endringene i tid trenger verdens tidlige tidsskala, UTC (Coordinated Universal Time) sporadiske tilpasninger. Hvert halve år eller så blir hoppes sekunder lagt til for å sikre at UTC-løpene går i samme takt som en jordedag, og regner med at den gradvise senking av planetens spinn er redusert.

For teknologier som krever høye nøyaktighetsnivåer, regnskapsføres disse regelmessige tidsjusteringer av protokollen NTP (Network Time Protocol), slik at et datanettverk bruker en Ntp tid er alltid holdt tro mot UTC.

Atomuret er ikke en ny oppfinnelse. Utviklet i 1950, har den tradisjonelle cesiumbaserte atomuret gitt oss nøyaktig tid i et halvt århundre.

De cesium atomur har blitt grunnlaget for vår tid - bokstavelig talt. De Internasjonalt system av enheter (SI) definerer et sekund som et visst antall oscillasjoner av atomet cesium og atomurene styrer mange av teknologiene som vi lever med daglig bruk: Internett, satellittnavigasjon, flytrafik og trafikklys for å nevne Noen.

Imidlertid er den siste utviklingen i optiske kvanteklover som bruker enkeltatomer av metaller som aluminium eller strontium tusenvis av ganger mer nøyaktige enn tradisjonelle atomklokker. For å sette dette i perspektiv, kan den beste cesium atomuren som brukes av institutter som NIST (National Institute for Standards and Time) eller NPL (National Physical Laboratory) for å styre verdens globale tidsskala UTC (Koordinert universell tid), er nøyaktig innen et sekund hvert 100 millioner år. Imidlertid er disse nye kvanteoptiske klokkene nøyaktige til et sekund hvert 3.4 milliard år - nesten så lenge jorden er gammel.

For de fleste er deres eneste møte med en atomur mottatt sin tidssignal er a nettverkstidsserver or NTP-enhet (Network Time Protocol) med det formål å synkronisere enheter og nettverk, og disse atomur-signalene genereres ved hjelp av cesiumklokker.

Og til verdens forskere kan enige om et enkelt atom for å erstatte cesium og en enkelt klokke design for å holde UTC, vil ingen av oss kunne dra nytte av denne utrolige nøyaktigheten.

Atomklokkene er de mest nøyaktige kronometerne vi har. De er millioner av ganger mer nøyaktige enn digitale klokker og kan holde tid i hundrevis av millioner år uten å miste så mye som et sekund. Deres bruk har revolusjonert måten vi lever og jobber på, og de har aktivert teknologier som satellittnavigasjonssystemer og global online-handel.

Men hvordan fungerer de? Merkelig nok fungerer atomklokker på samme måte som vanlige mekaniske klokker. Men i stedet for å ha en spiralfjær og masse eller pendel de bruker oscillasjonene av atomer. Atomklokker er ikke radioaktive fordi de ikke stole på atomnedbrytning, i stedet stoler de på de små vibrasjonene på bestemte energinivåer (svingninger) mellom atomkjernen til et atom og de omkringliggende elektronene.

Når atomet mottar mikrobølgeenergi ved akkurat den riktige frekvensen, endrer den energitilstanden, denne tilstanden er konstant uendret og oscillasjonene kan måles akkurat som ticks av en mekanisk klokke. Men mens mekaniske klokker krysser hvert sekund, atomklokkene 'tick' flere milliarder ganger i sekundet. I tilfelle av cesiumatomer, som oftest brukes i atomklokker, krysser de 9,192,631,770 per sekund - som nå er den offisielle definisjonen av et sekund.

Atomsklokker styrer nå hele det globale samfunnet som en universell tidsskala UTC (Koordinert Universal Time) basert på atomur tid er utviklet for å sikre synkronisering. UTC atomklokke signaler kan mottas av nettverksservere, ofte referert til som NTP-servere, som kan synkronisere datanettverk innen noen få millisekunder av UTC.

Fra armbåndsur til atomklokker og NTP-tidsservere, forståelsen av tid har blitt avgjørende for mange moderne teknologier som satellittnavigasjon og global kommunikasjon.

Fra tidsperspektivet til tyngdekraftseffekter i tide, har tiden mange rare og fantastiske fasetter som forskere bare begynner å forstå og utnytte. Her er noen interessante, rare og uvanlige fakta om tiden:

• Tiden er ikke skilt fra rom, men tiden utgjør hva Einstein kalte fire dimensjonal romtid. Mellom tid kan romtiden svekkes av tyngdekraften, noe som betyr at tiden reduserer jo større gravitasjonsinnflytelsen. Takk til atomklokkene, kan tiden på jorden måles ved hver påfølgende tommers over jordens overflate. Det betyr at hver kropps føtter er yngre enn hodet når tiden går sakte jo lavere til bakken du får.

• Tid er også påvirket av hastighet. Den eneste konstanten i universet er lysets hastighet (i et vakuum) som alltid er det samme. På grunn av Einsteins kjente relativitetsteorier, som reiser i nærheten av lysets hastighet, ville en reise til en observatør som hadde tatt tusenvis av år gått innen sekunder. Dette kalles tidsutvidelse.

• Det er ingenting i moderne fysikk som forbyr tidsreiser både fremover og bakover i tid.

• Det er 86400 sekunder på en dag, 600,000 på en uke, mer enn 2.6 millioner i en måned og mer enn 31 millioner om året. Hvis du bor for å være 70 år gammel, vil du ha levd gjennom over 5.5 milliarder sekunder.

• En nanosekund er en milliarddel av et sekund eller omtrent den tiden det tar for lys å reise rundt 1 fot (30 cm).

• En dag er aldri 24 timer lang. Jordens rotasjon går gradvis opp, noe som betyr at den globale tidsskala UTC (koordinert universell tid) må ha sprang sekunder lagt til en eller to ganger i året. Disse sprang sekunder blir automatisk regnskapsført i hvilken som helst klokkesynkronisering som bruker NTP (Network Time Protocol), for eksempel a dedikert NTP tidsserver.

Etter suksess av danske forskere som jobber sammen med NIST (National Institute for Standards and Time), som avduket verdens mest nøyaktige atomur tidligere i år; Tysk forsker har gått inn i løpet for å bygge verdens mest presise klokke.

Forskere ved Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) i Tyskland bruker nye metoder for spektroskopi for å undersøke atom- og molekylære systemer og håper å utvikle en klokke basert rundt et enkelt aluminiumatom.

bro atomklokkene brukes til satellittnavigasjon (GPS), som referanser for datanettverk NTP-servere og flytrafikkontroll har tradisjonelt vært basert på atomcesium. Den neste generasjonen atomklokker, som den som ble avdekket av NIST, som hevdes å være nøyaktig til innen et sekund hvert 300 million år, bruker imidlertid atomer fra andre materialer som strontium, som forskere hevder, kan være potensielt mer nøyaktige enn cesium .

Forskere ved PTB har valgt å bruke enkle aluminiumatomer og tror at de er på vei til å utvikle den mest nøyaktige klokken noen gang og tro at det er stort potensial for en slik enhet for å hjelpe oss å forstå noen av de mer kompliserte aspekter av fysikk.

Den nåværende avlingen av atomurene tillater teknologier som satellittnavigering, flytrafikstyring og nettverkssynkronisering ved hjelp av NTP-servere men det antas at økningsnøyaktigheten til neste generasjon atomklokker kan brukes til å avsløre noen av de mer gåtefulle kvaliteter av kvanteforskning som strengteori.

Forskere hevder at de nye klokkene vil gi en slik nøyaktighet at de selv vil kunne måle minuttforskjellene i tyngdekraften til hver centimeter over havnivået.

Kjernevåpen, datamaskiner, GPS, atomklokkene og carb dating - det er mye mer til atomer enn du tror.

Siden begynnelsen av det tjuende århundre har menneskeheten vært besatt av atomer og minutier av vårt univers. Mye av første del av forrige århundre ble menneskeheten besatt av å utnytte atomens skjulte kraft, avslørt for oss av Albert Einsteins arbeid og fullført av Robert Oppenheimer.

Det har imidlertid vært mye mer til vår utforskning av atomen enn bare våpen. Studien av atomene (kvantemekanikk) har vært grunnlaget for de fleste av våre moderne teknologier som datamaskiner og Internett. Det er også i forkant av kronologi - måling av tid.

Atomet spiller en nøkkelrolle i både tid og tidsprognose. Atomklokken, som brukes over hele verden av datanettverk som bruker NTP-servere og andre tekniske systemer som flykontroll og satellittnavigasjon.

Atomklokkene arbeid ved å overvåke ekstremt høyfrekvente svingninger av enkelte atomer (tradisjonelt cesium) som aldri endres ved bestemte energitilstander. Som cesiumatomer resonerer over en 9 milliarder ganger hvert sekund og endrer aldri den sin frekvens det gjør m svært nøyaktig (taper mindre enn et sekund hver 100 millioner år)

Men atomer kan også brukes til å trene ikke bare nøyaktig og presis tid, men de kan også brukes til å etablere alder av objekter. Carbon dating er navnet gitt til denne metoden som måler naturlig forfall av karbonatomer. Alle av oss er hovedsakelig laget av karbon og som andre elementer karbon "decays" over tid hvor atomene mister energi ved å utsende ioniserende partikler og stråling.

I noen atomer som uran skjer dette veldig raskt, men andre atomer som jern er svært stabile og forfall veldig, veldig sakte. Karbon, mens det decays raskere enn jern er fortsatt sakte å miste energi, men energitapet er nøyaktig over tid, så ved å analysere karbonatomer og måle deres styrke kan det ganske nøyaktig fastslås når karbon opprinnelig dannet.

Atomklokker har vært en stor innflytelse på vårt moderne liv med mange av teknologiene som har revolusjonert måten vi lever våre liv på, basert på deres svært nøyaktige tidsbesparende evner.

Atomklokker er langt forskjellig fra andre kronometre; en vanlig klokke eller klokke vil holde tiden ganske nøyaktig, men vil miste andre eller to hver dag. En atomur på den annen side vil ikke miste et sekund i millioner av år.

Faktisk er det rettferdig å si at en atomur ikke måler tid, men er grunnlaget for å basere våre oppfatninger av tid på. La meg forklare, tid, som Einstein demonstrerte, er relativ og den eneste konstanten i universet er lysets hastighet (selv om det er et vakuum).

Målingstid med noen ekte presisjon er derfor vanskelig, fordi selv tyngdekraften på jorden skiller tiden, senker den ned. Det er også nesten umulig å basere tid på et hvilket som helst referansepunkt. Historisk har vi alltid brukt jordens revolusjon og referanse til de himmelske legemene som grunnlag for vår tidsforklaring (24 timer om dagen = en revolusjon av jorden, 365 dager = en revolusjon av jorden rundt solen osv.).

Dessverre er jordens rotasjon ikke en nøyaktig referanseramme for å basere vår tid på å fortsette. Jorden sakter seg og går opp i revolusjonen, noe som betyr at noen dager er lengre enn andre.

Atomklokkene Imidlertid brukte resonansen av atomer (normalt cesium) ved bestemte energitilstander. Da disse atomene vibrerer ved eksakte frekvenser (eller et eksakt antall ganger), kan dette brukes som grunnlag for å fortelle tid. Så etter utviklingen av atomuret er det andre blitt definert som over 9 milliarder resonans "flått" av cesium-atom.

Den ekstreme presisjonen av atomklokker er grunnlaget for teknologier som satellittnavigasjon (GPS), flytrafikkontroll og internetthandel. Det er mulig å bruke den nøyaktige naturen av atomklokker for å synkronisere datanettverk også. Alt som trengs er en Ntp tid (Network Time Protocol).
NTP-servere motta tiden fra atomur via et kringkastingssignal eller GPS-nettverket de distribuerer det mellom et nettverk, slik at alle enheter har nøyaktig samme, ultra presise tid.

De kronologiske pionerene på NIST har gått sammen med University of Colorado og har utviklet verdens mest nøyaktige atomur til dags dato. Strontiumbasert klokke er nesten dobbelt så nøyaktig som dagens cesiumklokker brukes til å styre UTC (Koordinert universell tid), da det mister bare et sekund hvert 300 millioner år.

Strontium basert atomklokkene ses nå som vei fremover i tidevannet da høyere nivåer av nøyaktighet er oppnåelige som bare ikke er mulige med cesiumatomet. Strontiumklokker, som deres forgjengere, arbeider ved å utnytte den naturlige, men svært konsistente vibrasjonen av atomer.

Men disse nye generasjonene av klokker bruker laserstråler og ekstremt lave temperaturer nær absolutt null for å kontrollere atomer, og det er håpet at det er et skritt fremover for å skape et perfekt presis klokke.

Denne ekstreme nøyaktigheten kan virke et skritt for langt og unødvendig, men bruken for slik presisjon er mange ganger og når du vurderer teknologiene som er utviklet som er basert på den første generasjonen atomklokker som GPS-navigasjon, NTP server synkronisering og digital kringkasting en ny verden av spennende teknologi basert på disse nye klokkene kunne bare være rundt hjørnet.

Mens for tiden verdens globale tidsskala, UTC, er basert på tiden som er fortalt av en konstellasjon av cesiumklokker (og for øvrig er det også en definisjon av et sekund som bare over 9 milliarder cesium-ticks), menes at når rådgivende komité for Tid og Frekvens hos Bureau International des Poids et Mesures (BIPM) neste møter det vil diskutere om å lage denne neste generasjonen av atomklokkene den nye standarden.

Strontiumklokker er imidlertid ikke den eneste metoden for svært presis tid. I fjor utviklet en kvadratur også ved NIST klarte nøyaktighet av 1 andre i 1 milliard år. Denne typen klokke kan imidlertid ikke overvåkes direkte og krever en mer kompleks skjema for å overvåke tiden.

De fleste har visst hørt om atomur og antar at de vet hva man er, men svært få mennesker vet hvor viktig atomklokker er for løpingen av vår daglige liv i det tjueførste århundre.

Det er så mange teknologier som er avhengige av atomur og uten mange av oppgavene vi tar for gitt, ville det være umulig. Lufttrafikkontroll, satellittnavigasjon og internetthandel er bare noen få av programmene som er avhengige av den ultraklare kronometri av en atomur.

Nøyaktig hva en atomur er ofte misforstått. Enkelt sagt er en atomur en enhet som bruker oscillasjoner av atomer ved forskjellige energitilstander for å telle flått mellom sekunder. For tiden er cesium det foretrukne atom fordi det har over 9 milliarder flått hvert sekund, og fordi disse svingningene aldri forandrer seg, gjør dem en svært nøyaktig metode for å holde tid.

Atomsklokker til tross for det mange hevder, er bare noen gang funnet i storskala fysikklaboratorier som NPL (UK National Physical Laboratory) og NIST (US National Institute of Standards and Time). Ofte antyder folk at de har en atomur som styrer sitt datanettverk eller at de har en atomur på veggen. Dette er ikke sant, og det som folk refererer til er at de har en klokke- eller tidsserver som mottar tiden fra en atomur.

Enheter som Ntp tid mottar ofte atomklokke signaler danner steder som NIST eller NPL via langbølge radio. En annen metode for å motta tid fra atomurene bruker GPS-nettverket (Global Positioning System).

GPS-nettverket og satellittnavigasjon er faktisk et godt eksempel på hvorfor Synkronisering av atomur er nødvendig med et så høyt nivå av nøyaktighet. Moderne atomklokker som de som finnes på NIST, NPL og inne i omkrets av GPS-satellitter, er nøyaktige innen en sekund hvert 100 millioner år eller så. Denne nøyaktigheten er avgjørende når du undersøker hvordan noe som et bil GPS satellittnavigasjonssystem fungerer.

Et GPS-system fungerer ved å triangulere tidssignaler som sendes fra tre eller flere separate GPS-satellitter og deres atomklokker ombord. Fordi disse signalene beveger seg ved lysets hastighet (nesten 100,000KM et sekund), kan en unøyaktighet på enda en hele millisekund sette navigasjonsinformasjonen ut med 100 kilometer.

Denne høye nøyaktigheten er også nødvendig for teknologier som flytrafikstyring, slik at våre overfylte himmel forblir trygge og er selv kritisk for mange Internett-transaksjoner som handel med derivater der verdien kan stige og falle hvert sekund.