• Новости
  • Наука
  • Как атомные часы стали эталоном времени и что их может заменить в будущем?
Нейросеть

Как атомные часы стали эталоном времени и что их может заменить в будущем?

Атомные часы: точность до наносекунд Для обычного человека достаточно знать время с точностью до минуты, чтобы не опаздывать на работу.

Но есть области, где требуется более точное измерение времени — например, в навигации. Для этого были разработаны атомные часы, которые используют периоды изменения состояния атома в качестве периодического процесса.

Цезий-133 как эталон времени В 1967 году все страны мира признали атомы цезия-133 эталоном времени. Сегодня одна секунда равна 9 192 631 770 периодам излучения в атомах цезия.

Атомные часы важны для определения положения космических аппаратов, самолётов, подводных лодок и автомобилей. На атомный стандарт равняются все телекоммуникационные компании, включая станции мобильной связи и службы точного времени.

Как воспроизводят секунду В России формирование единицы секунды и национальной шкалы времени происходит в лаборатории измерительно-вычислительных систем и комплексов Государственного первичного эталона времени и частоты. Здесь на цезиевых атомных часах фонтанного типа охлаждённые атомы цезия подбрасываются на двухметровую высоту, где регистрируются, после чего снова летят вниз.

Так рождается современная секунда. Новые стандарты точности Погрешность в подсчёте периодов атома цезия составляет 1,2 на 10 в минус 16 степени.

Эта погрешность также характерна для эталонов секунды ведущих стран мира. Однако ряд стран, включая Россию, работают над усовершенствованием атомных часов, чтобы повысить точность позиционирования до дециметров.

Стронциевые атомные часы Так называемые стронциевые атомные часы позволяют достигать точности расчёта секунды до 10 в минус 18 степени, что более чем на порядок отличается от существующего международного стандарта. В стронции фиксируется другой тип излучения — оптический.

Такие часы, установленные на спутниках, позволят определять положение объекта на Земле с точностью до сантиметров! Будущее атомных часов Принятый международный стандарт, определяющий «размер» секунды по цезию, может быть заменён на оптическое излучение атомов стронция или ядер тория.

Торий-229 как будущее атомных часов Учёные ищут способы повысить точность атомных часов. Одна из идей — использовать слабо радиоактивное твёрдое вещество торий-229.

Ядра тория-229 очень маленькие, на пять порядков меньше самого атома, поэтому воздействие всевозможных полей на них оказывается гораздо слабее. Перспективы России У России есть шансы возглавить технологическую гонку в области создания часов на основе тория-229.

Госкорпорация Росатом умеет производить торий-229 в нужных для исследователей количествах, а над ядерным стандартом частоты работают умы специалистов нескольких российских институтов. Значение высокоточной информации Высокоточная информация, полученная с помощью атомных часов, используется в различных областях, таких как навигация, интернет вещей и беспилотный транспорт.

Она позволяет повысить точность определения местоположения, скорость передачи данных и взаимодействие между физическими объектами.

Московский комсомолец

Свяжи газировку и бездействие с печенью
Индийские исследователи, использовавшие искусственный интеллект для анализа данных о питании и образе жизни, обнаружили связь между употреблением сладкой газировки, недостатком физической активности и риском развития жировой болезни печени.

Их работа опубликована в журнале Frontiers in Nutrition. В исследовании приняли участие 18 506 взрослых жителей Южной Кореи, данные о которых были собраны в 2008–2011 годах.

Учёные оценили рацион участников, их привычки в употреблении фастфуда и газировки, уровень физической активности, а также показатели здоровья печени. У 20,9 % обследованных были выявлены признаки неалкогольной жировой болезни печени.

Оказалось, что употребление сладкой газировки связано с повышением вероятности заболевания. При увеличении потребления газировки на одно стандартное отклонение риск возрастал примерно на 11 %.

Недостаток физической активности также негативно влиял на здоровье печени. У мужчин малоподвижный образ жизни сопровождался повышением вероятности высокого уровня печёночного фермента АЛТ примерно на 20 %.

При этом содержание жиров и углеводов в рационе не показало значимой связи с заболеванием. Учёные также обнаружили, что информация о питании почти не улучшала точность прогнозирования жировой болезни печени по сравнению с данными о возрасте и образе жизни.

Авторы исследования считают, что сладкие напитки и недостаток движения могут быть важными факторами, влияющими на здоровье печени.

Лента ру

Удерживают позитрон
У каждой частицы есть антипод из антивещества, и при встрече они аннигилируют.

Почему в нашей Вселенной преобладает материя — это загадка, которую усложняет склонность античастиц взаимодействовать с частицами. Однако учёным из американского университета удалось удержать позитрон в криогенной сверхпроводящей вакуумной ловушке на несколько месяцев.

Это прорыв, который открывает новые возможности для исследований. «Самая большая проблема — убедить позитрон, выброшенный из ядра при радиоактивном распаде с высокой энергией, замедлиться настолько, чтобы его можно было захватить», — объясняет физик Джеральд Габриэльс.

Чтобы аннигилировать, позитрону достаточно столкнуться с электроном, а электроны есть повсюду. Электромагнитная ловушка может удерживать частицу в вакууме, но главная сложность — остановить частицу после распада.

Команда Тома Майерса использовала радиоактивный изотоп натрия, который испускает позитроны с энергией около 546 килоэлектронвольт — это примерно 88% скорости света. Чтобы замедлить позитроны, их пропускали через монокристалл вольфрама: положительный заряд частиц взаимодействовал с электронами кристалла, передавая ему кинетическую энергию.

Большинство позитронов аннигилировало, но некоторые выживали и выходили замедленными, сцепленными с электроном — так получался позитроний. В этом состоянии электрон и позитрон удерживаются на расстоянии, что позволяет задержать аннигиляцию и доставить позитрон в «плен».

Ловушка Пеннинга использует электрические и магнитные поля, удерживая частицу без касания стенок. При температуре 300 милликельвинах позитрон остаётся изолированным.

«Мы включаем детектор и ждём. В конце концов видим электрический сигнал от захваченного позитрона.

Затем извлекаем радиоактивный источник», — отмечает Габриэльс. Удерживание позитрона несколько месяцев — это только начало.

Учёным нужно было управлять его движением с невероятной точностью. В магнитном поле позитрон движется крошечными кругами — циклотронное движение.

Охлаждая его до наименьшей квантовой энергии, исследователи микроволнами перемещали его между энергетическими уровнями по одному кванту за раз и обнаруживали изменения, не нарушая квантовых состояний. Зачем ловить позитрон?

Одна из причин — принцип CPT-симметрии. Заряд, чётность и обращение времени при совместном применении должны оставлять законы физики неизменными.

Следствие — частицы и античастицы должны обладать некоторыми точно совпадающими свойствами. Электрон и позитрон обладают магнитным моментом: одинаковой величиной, но противоположным знаком.

Магнитный момент электрона измерен с поразительной точностью, и теперь Габриэльс надеется сделать то же с позитроном. «Если величины совпадут, это будет наиболее точным подтверждением CPT-инвариантности Стандартной модели — самого фундаментального описания физической реальности», — заключают физики.

Московский комсомолец

Выясни связь дневного сна с риском смерти
Международная группа учёных выяснила, что регулярный дневной сон продолжительностью более часа связан с повышенным риском смерти у пожилых людей.

Исследование опубликовано в журнале Sleep Health. Специалисты изучили данные 4447 жителей Вьетнама, средний возраст которых составлял около 70 лет.

За участниками наблюдали в течение четырёх лет, оценивая продолжительность и регулярность дневного сна, а также качество ночного отдыха. За это время спасти не удалось 514 человек.

Оказалось, что у людей, которые регулярно спали днём по часу и более, вероятность смерти была на 39 процентов выше, чем у тех, кто не спал днём. Эта связь сохранялась даже после учёта качества ночного сна и других факторов.

Короткий дневной сон продолжительностью менее 30 минут и отдых от 30 до 59 минут не показали значимой связи с повышенным риском смерти. Учёные также обнаружили, что качество ночного сна влияло на связь между дневным отдыхом и смертностью.

Однако у людей, регулярно спавших днём более часа, повышенный риск сохранялся независимо от того, насколько хорошо они спали ночью. Авторы считают, что продолжительный дневной сон может быть признаком проблем со здоровьем у пожилых людей.

При этом исследование не доказывает, что именно дневной сон повышает риск смерти: он может отражать уже существующие нарушения в организме.

Лента ру

Вирус герпеса изменяет работу иммунных клеток мозга
Учёные из США выяснили, что вирус простого герпеса первого типа (HSV-1), вызывающий высыпания на губах, может изменять работу иммунных клеток головного мозга и усиливать воспаление.

Результаты исследования опубликованы в журнале PLOS Pathogens. Специалисты изучали влияние вируса герпеса на мозг при заражении через нос.

Для этого они использовали экспериментальную модель инфекции и современные методы анализа активности генов. Эти методы позволяют отслеживать изменения в отдельных клетках и участках мозговой ткани.

Оказалось, что вирус изменяет работу микроглии — иммунных клеток, защищающих мозг от инфекций и повреждений. После заражения количество клеток, активно реагирующих на интерфероны (белки, участвующие в противовирусной защите организма), увеличилось.

В то же время активность генов, необходимых для поддержания нормального состояния микроглии, снизилась. Особенно заметные изменения наблюдались в отдельных участках ствола мозга, где были обнаружены следы вируса.

Кроме того, в поражённых областях усиливалась активность астроцитов — клеток, поддерживающих работу нейронов и участвующих в воспалительных процессах. Авторы исследования считают, что обнаруженные изменения могут объяснять, как вирус герпеса поддерживает воспаление в нервной системе и потенциально повышает её уязвимость к нейродегенеративным заболеваниям.

Лента ру