Il GPS non è l'unica tecnologia che dipende dagli orologi atomici. Gli alti livelli di precisione forniti da orologi atomici sono utilizzati in altre tecnologie cruciali che diamo per scontato ogni giorno.

Controllo del traffico aereo Non solo tutti gli aerei e gli aerei di linea ora sono dotati di GPS per consentire ai piloti e al personale di terra di conoscere la loro esatta posizione, ma gli orologi atomici sono utilizzati anche dai controllori del traffico aereo che hanno bisogno di misurazioni precise e di tempo tra gli aerei.

Semafori e sistemi di congestione stradale - I semafori sono un altro sistema che fa affidamento sulla sincronizzazione dell'orologio atomico. La precisione e la sincronizzazione sono fondamentali per i sistemi a semaforo poiché piccoli errori nella sincronizzazione potrebbero portare a incidenti mortali.

Le videocamere congestionate e altri sistemi come i parchimetri usano anche orologi atomici come base per il loro cronometraggio, in quanto ciò previene qualsiasi problema legale nell'emissione di avvisi di penalità.

CCTV - La televisione a circuito chiuso è un altro utente su larga scala di orologi atomici. Le telecamere CCTV sono spesso utilizzate nella lotta contro la criminalità, ma come prova sono inefficaci in un tribunale, a meno che le informazioni di temporizzazione sulla telecamera CCTV possano essere dimostrate accurate. In caso contrario, i criminali potrebbero sfuggire a procedimenti giudiziari perché, nonostante l'identificazione da parte della telecamera, non è possibile chiarire la data e l'ora del reato senza accuratezza e sincronizzazione.

Internet - Molte delle applicazioni che ora affidiamo a Internet sono rese possibili solo grazie agli orologi atomici. Il trading online, l'internet banking e persino le case d'asta online hanno bisogno di tempo preciso e sincronizzato.

Immagina di prelevare i tuoi risparmi dal tuo conto bancario scoprendo che puoi ritirarli di nuovo perché un altro computer ha un orologio più lento o immagina di fare offerte su un sito di aste online solo per far rifiutare la tua offerta da un'offerta precedente alla tua perché è stata fatta su un computer con un orologio più lento.

Usare gli orologi atomici come fonte di tempo è relativamente semplice per molte tecnologie. I segnali radio e persino le trasmissioni GPS possono essere utilizzati come fonte dell'orologio atomico e per i sistemi informatici, il protocollo NTP (Network Time Protocol) assicurerà che qualsiasi rete dimensionata verrà sincronizzata perfettamente insieme. dedito NTP time server sono utilizzati in tutto il mondo in tecnologie e applicazioni che richiedono tempi precisi.

Gli orologi atomici sono i dispositivi di cronometraggio più precisi conosciuti dall'uomo. La precisione è incomparabile rispetto ad altri orologi e cronometri, mentre anche l'orologio elettronico più sofisticato si sposta di un secondo ogni settimana o due, il più moderni orologi atomici può continuare a funzionare per migliaia di anni e non perdere nemmeno una frazione di secondo.

L'accuratezza di un orologio atomico dipende da ciò che usano come base per la misurazione del tempo. Invece di fare affidamento su una corrente elettronica che attraversa un cristallo come un orologio elettronico, un orologio atomico utilizza la transizione iperfina di un atomo in due stati energetici. Anche se questo può sembrare complicato, è solo un riverbero senza sbalzi di "tick" su 9 miliardi di volte al secondo, ogni secondo.

Ma perché tale precisione è davvero necessaria e in quale tecnologia vengono impiegati gli orologi atomici?

È esaminando le tecnologie che utilizzano gli orologi atomici che possiamo capire perché sono richiesti così alti livelli di precisione.

GPS - Navigazione satellitare

La navigazione satellitare è un'enorme industria ora. Una volta solo una tecnologia per i militari e gli aviatori, la navigazione satellitare GPS è ora utilizzata dagli utenti della strada in tutto il mondo. Tuttavia, le informazioni di navigazione fornite dai sistemi di navigazione satellitare come il GPS dipendono esclusivamente dalla precisione degli orologi atomici.

Il GPS funziona triangolando diversi segnali di temporizzazione che vengono distribuiti dagli orologi atomici a bordo dei satelliti GPS. Lavorando fuori quando il segnale di cronometraggio è stato rilasciato dal satellite, il ricevitore satellitare può capire fino a che punto è distante dal satellite e usando più segnali calcolare dove si trova nel mondo.

A causa di questi segnali di temporizzazione viaggiano alla velocità della luce, solo un secondo di imprecisione all'interno dei segnali di temporizzazione potrebbe portare a che le informazioni di posizionamento siano migliaia di miglia. È testimonianza dell'accuratezza di Orologi atomici GPS che attualmente un ricevitore di navigazione satellitare ha una precisione di 5 metri.

La Laboratorio Nazionale di Fisica questa settimana (giovedì) ha annunciato la manutenzione programmata, il che significa che il segnale di frequenza e frequenza MSF60kHz verrà temporaneamente disattivato per consentire la manutenzione in sicurezza nella stazione radio di Anthorn in Cumbria.

Normalmente questi periodi di manutenzione programmati durano solo poche ore e non devono causare alcun disturbo a nessuno che si affidi al segnale MSF per le applicazioni di temporizzazione.
NTP (Network Time Protocol) si adatta bene a queste perdite temporanee di segnale e ogni piccola o nessuna deriva dovrebbe essere sperimentata da nessuno NTP time server utente.

Tuttavia, ci sono alcuni utenti di alto livello dei server di tempo di rete o possono avere preoccupazioni sulla precisione della loro tecnologia durante questi periodi programmati di assenza di segnale. Esiste un'altra soluzione per garantire che venga sempre utilizzato un segnale orario continuo, sicuro e altrettanto preciso.

Il GPS, più comunemente usato per la navigazione e il wayfinding, è in realtà una tecnologia basata sull'orologio atomico. Ciascuno dei satelliti GPS trasmette un segnale dal loro orologio atomico integrato che viene utilizzato dai dispositivi di navigazione satellitare che elaborano la posizione attraverso la triangolazione.

Questi segnali GPS possono anche essere ricevuti da a GPS NTP time server. Proprio come MSF o altri server di segnale radio ricevono il segnale esterno dal trasmettitore Anthorn, i server di tempo GPS possono ricevere questo segnale preciso ed esterno dai satelliti.

A differenza delle trasmissioni radio, il GPS non dovrebbe mai scendere, anche se a volte può essere poco pratico ricevere il segnale dal momento che un'antenna GPS necessita di una chiara visione del cielo e quindi dovrebbe preferibilmente essere sul tetto.

Per quelli che vogliono essere doppiamente sicuri, non c'è mai un periodo in cui un segnale non viene ricevuto dal Server NTP, un doppio time server può essere utilizzata. Questi raccolgono le trasmissioni radio e GPS e il demone NTP integrato calcola il tempo più preciso da entrambi.

Un aumento degli "attacchi" GPS ha causato qualche preoccupazione tra la comunità scientifica. Il GPS, mentre un sistema estremamente accurato e affidabile di trasmissione di tempo e di informazioni di posizionamento, si basa su segnali molto deboli che vengono ostacolati dalle interferenze provenienti dalla Terra.

Entrambe le interferenze involontarie, come quelle delle stazioni radio dei pirati o intenzionali "inceppamenti" deliberati dai criminali, sono ancora rare, ma poiché la tecnologia che può ostacolare i segnali GPS diventa più prontamente disponibile, la situazione dovrebbe peggiorare.

E mentre gli effetti del guasto del segnale del sistema GPS possono avere risultati ovvi per le persone che lo usano per la navigazione (finire nel posto sbagliato o perdersi) potrebbero avere ripercussioni più serie e profonde per le tecnologie che si basano sul GPS per tempo segnali.

Come tante tecnologie fanno affidamento su Segnali di temporizzazione GPS dalle reti telefoniche, internet, banche e semafori e persino la nostra rete elettrica qualsiasi guasto del segnale, non importa quanto brevemente, potrebbe causare seri problemi.

Il problema principale con il segnale GPS è che è molto debole e, dato che proviene dai satelliti legati allo spazio, si può fare ben poco per aumentare il segnale in modo che qualsiasi frequenza simile trasmessa in un'area locale possa facilmente attutire il GPS.

Tuttavia, il GPS non è l'unico metodo accurato e sicuro per ricevere il tempo da una sorgente di clock atomico. Molti laboratori nazionali di fisica di tutto il mondo trasmettono segnali di orologio atomici via onde radio (di solito onde lunghe). Negli Stati Uniti questi segnali sono trasmessi da NIST (National Institute for Standards and Time (noto come WWVB) mentre nel Regno Unito, il suo segnale MSF è trasmesso da NPL (National Physical Laboratory).

Dual time server che possono ricevere entrambi i segnali sono disponibili e sono una scommessa più sicura per qualsiasi azienda di tecnologia avanzata che non può permettersi di rischiare di perdere un segnale orario.

L'orologio atomico non è una recente invenzione. Sviluppato negli 1950, il tradizionale orologio atomico a base di cesio ci ha fornito un tempo preciso per mezzo secolo.

La orologio atomico al cesio è diventato il fondamento del nostro tempo - letteralmente. Il Sistema internazionale di unità (SI) definisce un secondo come un certo numero di oscillazioni del cesio atomico e gli orologi atomici governano molte delle tecnologie con cui viviamo quotidianamente: Internet, navigazione satellitare, controllo del traffico aereo e semafori per nominare alcune.

Tuttavia, i recenti sviluppi negli orologi ottici ottici che utilizzano singoli atomi di metalli come l'alluminio o lo stronzio sono migliaia di volte più accurati rispetto agli orologi atomici tradizionali. Per mettere questo in prospettiva, il miglior orologio atomico al cesio utilizzato da istituti come il NIST (National Institute for Standards and Time) o NPL (National Physical Laboratory) per governare la scala temporale globale del mondo UTC (Coordinated Universal Time), è preciso in un secondo ogni 100 milioni di anni. Tuttavia, questi nuovi orologi ottici quantistici sono precisi ad un secondo ogni 3.4 miliardi di anni - quasi quanto la terra è vecchia.

Per la maggior parte delle persone, il loro unico incontro con un orologio atomico sta ricevendo il suo segnale orario è a ora del server di rete or Dispositivo NTP (Network Time Protocol) ai fini della sincronizzazione di dispositivi e reti e questi segnali di orologio atomico sono generati utilizzando orologi al cesio.

E fino a quando gli scienziati del mondo non saranno d'accordo su un singolo atomo per sostituire il cesio e un design a singolo orologio per mantenere UTC, nessuno di noi sarà in grado di approfittare di questa incredibile precisione.

Chiedi a qualsiasi amministratore di rete o ingegnere IT e chiedi loro quanto sia importante sincronizzazione dell'ora di rete è e normalmente otterrete la stessa risposta - molto.

Il tempo viene utilizzato in quasi tutti gli aspetti dell'informatica per la registrazione quando si verificano eventi. In effetti, i timestamp sono l'unico riferimento che un computer può utilizzare per tenere traccia delle attività che ha svolto e di quelle che non ha ancora fatto.

Quando le reti non sono sincronizzate, il risultato può essere un vero problema per chiunque abbia il compito di eseguirne il debug. I dati possono essere spesso persi, le applicazioni non possono iniziare, la registrazione degli errori è quasi impossibile, per non parlare delle vulnerabilità della sicurezza che possono verificarsi se non c'è un tempo di rete sincronizzato.

NTP (Network Time Protocol) è l'applicazione principale per la sincronizzazione dell'ora che è presente da 1980. È stato costantemente sviluppato ed è utilizzato praticamente da qualsiasi rete di computer che richiede un tempo preciso.

La maggior parte dei sistemi operativi ha già installata una versione di NTP e l'utilizzo per sincronizzare un singolo computer è relativamente semplice utilizzando le opzioni nelle impostazioni dell'orologio o nella barra delle applicazioni.

Tuttavia, utilizzando l'applicazione NTP o il demone incorporati su un computer, il dispositivo utilizza una sorgente di tempo internet come riferimento temporale. Tutto questo va bene per le singole macchine desktop, ma su una rete è necessaria una soluzione più sicura.

È vitale su qualsiasi rete di computer che non vi siano vulnerabilità nel firewall che possono portare ad attacchi da parte di utenti malintenzionati. Mantenere una porta aperta per comunicare con una sorgente di sincronizzazione di Internet è un metodo che un utente malintenzionato può utilizzare per entrare in una rete.

Fortunatamente ci sono alternative all'uso di internet come fonte di temporizzazione. Segnali orari di orologio atomico può essere ricevuto utilizzando la radio a onde lunghe o le trasmissioni GPS.

dedito NTP time server sono disponibili dispositivi che rendono estremamente facile la sincronizzazione del tempo NTP server riceve il tempo (esternamente al firewall) e può quindi distribuire a tutte le macchine su una rete - questo viene fatto in modo sicuro e accurato con la maggior parte delle reti sincronizzate su un server NTP che lavora a pochi millisecondi l'una dall'altra.

Come con l'avanzata della tecnologia informatica che sembra aumentare esponenzialmente di capacità ogni anno, anche gli orologi atomici sembrano aumentare drasticamente nella loro accuratezza anno dopo anno.

Ora, quei pionieri della tecnologia degli orologi atomici, l'US National Institute of Standards Time (NIST), hanno annunciato di essere riusciti a produrre un orologio atomico con precisione due volte superiore a quella degli orologi precedenti.

L'orologio è basato su un singolo atomo di alluminio e il NIST sostiene che può rimanere preciso senza perdere un secondo in più di 3.7 miliardi di anni (all'incirca nello stesso periodo in cui la vita è esistita sulla Terra).

Il precedente orologio più accurato è stato ideato dalla tedesca Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) ed era un orologio ottico basato su un atomo di stronzio ed era accurato per un secondo in oltre un miliardo di anni. Questo nuovo orologio atomico del NIST è anche un orologio ottico ma è basato su atomi di alluminio, che secondo la ricerca del NIST con questo orologio, è molto più accurato.

Gli orologi ottici usano i laser per mantenere gli atomi immobili e differiscono dai tradizionali orologi atomici usati dalle reti di computer NTP server (Network Time Protocol) e altre tecnologie basate sugli orologi delle fontane. Non solo questi tradizionali orologi da fontana usano il cesio come atomo di conservazione del tempo, ma al posto dei laser usano liquidi e vuoti super-raffreddati per controllare gli atomi.

Grazie al lavoro di NIST, PTB e del Regno Unito NPL (Gli orologi atomici del National Physical Laboratory) continuano ad avanzare in modo esponenziale, tuttavia questi nuovi orologi atomici ottici basati su atomi come l'alluminio, il mercurio e lo stronzio sono ben lungi dall'essere usati come base per UTC (Coordinated Universal Time).

L'UTC è governato da una costellazione di orologi a fontana al cesio che, pur essendo ancora precisi per un secondo negli anni 100,000, sono di gran lunga meno precisi di questi orologi ottici e sono basati su una tecnologia vecchia di oltre cinquant'anni. E sfortunatamente fino a quando la comunità scientifica mondiale non sarà d'accordo su un design di atomo e orologio da utilizzare a livello internazionale, questi orologi atomici precisi rimarranno solo un gioco della comunità scientifica.

La precisione sta diventando sempre più importante nelle moderne tecnologie e non più della precisione nel mantenimento del tempo. Da Internet alla navigazione satellitare, la sincronicità precisa e accurata è vitale nell'età moderna.

In effetti molte delle tecnologie che diamo per scontate nel mondo di oggi, non sarebbero possibili se non fosse per le macchine più accurate inventate - il orologio atomico.

Gli orologi atomici sono solo dispositivi di indicazione del tempo come altri orologi o orologi. Ma ciò che li contraddistingue è l'accuratezza che possono ottenere. Come esempio grezzo il tuo orologio meccanico standard, come una torre dell'orologio del centro città, andrà alla deriva fino a un secondo al giorno. Orologi elettronici come orologi digitali o radiosveglia sono più accurati. Questi tipi di orologio si spostano di un secondo in circa una settimana.

Tuttavia, quando si confronta la precisione di un orologio atomico in cui un secondo non sarà perso o guadagnato negli anni 100,000 o più, l'accuratezza di questi dispositivi è incomparabile.

Gli orologi atomici possono raggiungere questa precisione dagli oscillatori che usano. Quasi tutti i tipi di orologio hanno un oscillatore. In generale, un oscillatore è solo un circuito che scandisce regolarmente.

Gli orologi meccanici usano pendoli e molle per fornire un'oscillazione regolare mentre gli orologi elettronici hanno un cristallo (solitamente al quarzo) che, quando viene attraversata una corrente elettrica, fornisce un ritmo preciso.

Gli orologi atomici usano l'oscillazione degli atomi durante diversi stati energetici. Spesso il cesio 133 (e talvolta il rubidio) viene usato come oscillazione transitoria iperfina su 9 miliardi di volte al secondo (9,192,631,770) e questo non cambia mai. In effetti, il Sistema internazionale di unità (SI) ora considera ufficialmente un secondo tempo come 9,192,631,770 cicli di radiazione dall'atomo di cesio.

Gli orologi atomici forniscono la base per la scala cronologica globale del mondo - UTC (Coordinated Universal Time). E le reti di computer in tutto il mondo rimangono sincronizzate utilizzando segnali orari trasmessi da orologi atomici e rilevati NTP time server (Network Time Server).

La sincronizzazione delle reti di computer è qualcosa che molti amministratori danno per scontato. Server di rete dedicati possono ricevere un'orario orario e distribuirlo tra una rete, in modo accurato, sicuro e preciso.

Però, sincronizzazione temporale precisa è reso possibile solo grazie al protocollo temporale NTP - Protocollo orario di rete.

NTP è stato sviluppato quando Internet era ancora nella sua infanzia e Il professor David Mills e il suo team della Delaware University stava cercando di sincronizzare il tempo su una rete di poche macchine. Hanno sviluppato la primissima interpretazione della NTP, che ha continuato a essere sviluppata fino ai giorni nostri, quasi trent'anni dopo la sua prima creazione.

NTP non era allora, e non è ora, l'unico software di sincronizzazione del tempo, ci sono altre applicazioni e protocolli che svolgono un compito simile ma NTP è il più utilizzato (di gran lunga con oltre 98% di applicazioni di sincronizzazione temporale che lo utilizzano). È inoltre fornito con i più moderni sistemi operativi con una versione di NTP (in genere SNTP, una versione semplificata) installata sul sistema operativo Windows 7 più recente.

NTP ha svolto un ruolo importante nella creazione di Internet che conosciamo e amiamo oggi. Molte applicazioni e attività online non sarebbero possibili senza sincronizzazione temporale accurata e NTP.

Il trading online, le aste su internet, il banking e il debugging delle reti si basano tutti su una sincronizzazione temporale accurata. Anche l'invio di una e-mail richiede la sincronizzazione dell'ora con il server di posta elettronica, altrimenti i computer non sarebbero in grado di gestire le e-mail provenienti da macchine non sincronizzate che potrebbero arrivare prima della loro spedizione.

NTP è un protocollo software gratuito ed è disponibile online da NTP.org Tuttavia, la maggior parte delle reti di computer che richiedono un tempo sicuro e preciso vengono utilizzate principalmente server NTP dedicati che operano esternamente alla rete e al firewall ottenendo il tempo dai segnali di un orologio atomico garantendo una precisione milliseconda con la scala cronologica globale del mondo UTC (Coordinated Universal Time).

Il Global Positioning System (GPS) è uno strumento sempre più popolare, utilizzato in tutto il mondo come fonte di orientamento e navigazione. Tuttavia, la rete GPS offre molto di più della semplice navigazione satellitare poiché le trasmissioni trasmesse dai satelliti GPS possono essere utilizzate anche come fonte di tempo estremamente precisa.

I satelliti GPS sono in realtà solo orologi orbitanti poiché ognuno contiene orologi atomici che generano un segnale orario. È il segnale orario trasmesso dai satelliti GPS che i ricevitori di navigazione satellitare di auto e aerei utilizzano per calcolare distanza e posizione.

Il posizionamento è possibile solo perché i segnali orari sono così precisi. Ad esempio, i navigatori dei veicoli usano i segnali di quattro satelliti in orbita e triangolano le informazioni per calcolare la posizione. Tuttavia, se c'è solo un secondo di inaccuratezza con uno dei segnali temporali, le informazioni di posizionamento potrebbero essere migliaia di miglia che si rivelano inutili.

È testamento dell'accuratezza degli orologi atomici utilizzati per generare i segnali GPS che attualmente un ricevitore GPS può calcolare la sua posizione sulla Terra entro cinque metri.

Poiché i satelliti GPS sono così precisi, rappresentano una fonte ideale di tempo sincronizzare una rete di computer a. A rigor di termini, il tempo GPS differisce dalla scala internazionale UTC (coordinata Universal Time) in quanto UTC ha aggiunto ulteriori secondi intercalari per garantire la parità con la rotazione terrestre, ovvero 18 secondi prima del GPS, ma è facilmente convertibile dall'NTP alla sincronizzazione dell'ora protocollo (Network Time Protocol).

GPS time server ricevere il segnale orario GPS tramite un'antenna GPS che deve essere posizionata sul tetto per ricevere le trasmissioni della linea di mira. Una volta ricevuto il segnale GPS, il GPS NTP time server distribuirà il segnale a tutti i dispositivi sulla rete NTP e corregge qualsiasi deriva su singole macchine.

GPS time server sono dispositivi dedicati facili da usare e possono garantire una precisione millisecondo rispetto a UTC senza i rischi per la sicurezza legati all'utilizzo di una sorgente di tempo internet.