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什么是原子鐘

來(lái)源： | 發(fā)布日期：2022-04-13

原子鐘，一種使用原子（通常是銫或銣）的特定共振頻率來(lái)保持極其準(zhǔn)確的時(shí)間的時(shí)鐘類型。原子鐘的電子元件受微波電磁輻射的頻率調(diào)節(jié)。只有當(dāng)這種輻射保持在一個(gè)高度特定的頻率時(shí)，它才會(huì)引起銫或銣原子的量子躍遷（能量變化）。在原子鐘中，這些量子躍遷被觀察到并保持在一個(gè)反饋回路中，該反饋回路調(diào)整了電磁輻射的頻率；像其他類型時(shí)鐘中的重復(fù)事件，然后計(jì)算這些波。

什么是原子鐘

1967年，第十三屆國(guó)際計(jì)量大會(huì)重新定義了第二，國(guó)際單位制中的時(shí)間單位，在銫標(biāo)準(zhǔn)方面等于星歷時(shí)間的秒。會(huì)議將第二個(gè)定義為“9,192,631,770 個(gè)輻射周期的持續(xù)時(shí)間，對(duì)應(yīng)于基態(tài)的兩個(gè)超精細(xì)能級(jí)之間的躍遷。銫133原子。”

直到 1990 年代銫束原子鐘是原子時(shí)間和頻率的準(zhǔn)確標(biāo)準(zhǔn)。銫鐘的基本原理是銫 133 的所有原子都是相同的，當(dāng)它們吸收或釋放能量時(shí)，會(huì)產(chǎn)生完全相同頻率的輻射，這使得原子成為更好的鐘表。從那時(shí)起，世界各地的實(shí)驗(yàn)室都在穩(wěn)步提高銫噴泉原子鐘的精度。這些時(shí)鐘的名字來(lái)源于組成銫氣體的噴泉式運(yùn)動(dòng)。計(jì)時(shí)過程首先將銫氣體引入真空室并引導(dǎo)六個(gè)紅外激光器（彼此成直角放置）以壓縮和冷卻（減慢）銫原子到接近溫度絕對(duì)零。然后使用兩個(gè)垂直激光器將原子推高約一米（創(chuàng)建一個(gè)“噴泉”）通過一個(gè)充滿微波的腔。調(diào)整微波頻率以大化觀察到的熒光，該熒光發(fā)生在銫原子的自然共振頻率 (9,192,631,770 Hz) 處。由于通過微波腔的往返行程大約需要一秒鐘，因此對(duì)微波頻率的控制可以提高計(jì)時(shí)精度?，F(xiàn)在預(yù)測(cè)的銫噴泉原子鐘在超過 5000 萬(wàn)年的時(shí)間里會(huì)走時(shí)不到一秒。

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【責(zé)任編輯】酷鯊

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