¿Cómo miden el tiempo los relojes atómicos de cesio?

Estoy tratando de entender mejor los relojes atómicos de cesio .

No entiendo CÓMO se cuenta realmente la oscilación de cesio.

Entonces, desde mi comprensión de un reloj atómico más antiguo:

  1. El cesio se calienta.

  2. El cesio calentado pasa a través de imanes.

  3. Los átomos de cesio excitados se desechan y los átomos de cesio no excitados se ven afectados por la radiación de microondas a aproximadamente 9 , 192 , 631 , 770 H z .

  4. Esto excita los electrones al nivel de energía superior de división hiperfina del 6 s orbital.

  5. Los electrones que se excitan golpean un detector, y se calcula la relación entre estos y el número total que ingresa a la cámara de microondas, posteriormente se ajusta la frecuencia del generador de microondas para alcanzar la relación más alta. En este punto, para mí, todo lo que hicimos fue medir que el cesio tiene dos niveles de energía separados por algo de energía,

    mi fotón   =   h F   =   h × 9 , 192 , 631 , 770 H z ,
    dónde h es la constante de Planck y F es la frecuencia de un fotón.

Muy bien, pero ¿cómo se cuenta esto realmente? ¿Hay algún dispositivo en alguna parte que diga: ah, está bien, se está excitando el máximo de átomos de cesio, comencemos a contar... empecemos a contar, ¿qué?!? Y qué dispositivo está haciendo el conteo real, como en: 1 , 2 , 3 , 4 , ..., 9 , 192 , 631 , 770 , y luego decir, BOOM , eso es un segundo.

No estoy seguro acerca de la última tecnología de punta, pero la forma estándar de hacer este tipo de cosas es usar su buen viejo oscilador que no es tan preciso para el reloj y usar la frecuencia ajustada del generador de microondas como un señal de retroalimentación para ajustar la frecuencia del oscilador.

Respuestas (2)

Hoy en día es razonable hacer un contador digital real que funcione a 10 GHz. Aun así, es posible que prefiera usar un preescalador para dividir esta frecuencia hasta 1/4 o 1/8 de la frecuencia de microondas antes de comenzar a contar los ciclos.

En tiempos antiguos, es posible que haya generado su señal de 10 GHz multiplicando una frecuencia más baja (¿quizás en los 100 de MHz?) Y estaría sintonizando esa baja frecuencia para ajustar la frecuencia de microondas. Luego contaría los ciclos de la frecuencia más baja para medir un intervalo de tiempo deseado. (Tenga en cuenta que no sé cómo se diseñaron los primeros relojes atómicos, esta es solo una forma práctica de hacerlo)

Editar:

El Hewlett-Packard Journal de julio de 1968 (en línea aquí ) proporciona este diagrama de bloques de cómo se construyó un estándar de frecuencia de rubidio en ese momento:

ingrese la descripción de la imagen aquí

Así que mi conjetura no estaba demasiado lejos.

Hasta donde yo sé, los relojes atómicos comerciales suelen dar como salida un reloj de 10 MHz y nunca exponen su reloj de 9,19 GHz (o 6,83 GHz en el caso del rubidio) al usuario.

El conteo lo realiza el generador de señales.

El reloj contiene un generador de señal que genera la señal de 9,192,631,770 Hz que va al transmisor de microondas. Este generador contiene un contador que cuenta cada ciclo que crea el generador (aunque, como dice The Photon, puede usar un preescalador).

Pero esto parece circular: ¿cómo sabe el generador de señales qué es 9,192,631,770 Hz, si aún no sabe qué es un segundo? Si supiera entonces cuál sería el punto de la cosa del cesio en primer lugar.
@renegade: el generador de señal no sabe qué frecuencia es, solo sabe que su frecuencia proporciona la máxima absorción por el vapor de cesio. Cuenta sus ciclos, y nuestra interpretación es que cuando el generador de señal está sintonizado a la absorción máxima, 9.192.631.770 de sus ciclos hacen un segundo.
Pregunta final, entonces, ¿qué es exactamente el ciclo en el generador de señal? ¿Qué está contando?
@renegade: el generador de señal genera un voltaje oscilante. El conteo es solo contar cuántas veces oscila el voltaje a través de un ciclo completo.
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