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最精确的新时钟

时间:2022-09-28 百科知识 版权反馈
【摘要】:进入现代社会后,准确的计时就显得愈益重要,如发射卫星、导弹和导航定位等,都离不开准确计时。人类早期的计时是以地球的自转周期为标准的,但地球自转周期并不均匀,这就促使人们必须去寻找更准确的计时方法。但人们追求更精确时钟的研究并未停止。前者的优势在于容易屏蔽外界电磁场干扰,劣势在于准确计量单个原子的振荡次数很困难。后者的计量很容易,但精确度又不及前者,因为多个原子的电磁场会互相干扰。

最精确的新时钟

一种精确度高出以往任何时钟1 000倍以上的新时钟,最近由东京大学研制成功。

人类很早就有计时的需要。进入现代社会后,准确的计时就显得愈益重要,如发射卫星、导弹和导航定位等,都离不开准确计时。人类早期的计时是以地球的自转周期为标准的,但地球自转周期并不均匀,这就促使人们必须去寻找更准确的计时方法。

随着原子科学的发展,人们逐步解开了原子内部的奥秘,发现某些原子的能级很稳定,其跃迁频率相当精确,如铯原子的跃迁频率为9 192.631 770兆赫,以此为计时标准,其精确度和稳定性可以达到10-13~10-14,即3 000万年才差1秒钟。但人们追求更精确时钟的研究并未停止。

制造出更精确时钟的方法之一就是提高它“滴答”的频率。振荡周期越短,时钟就越准确。

那么什么比铯原子的振荡频率更快呢?科学家们研究了多种元素,包括镱、汞和锶,发现锶比较理想

锶原子钟的制造方法大体上有两种:利用单个原子的振荡,或同时让很多原子振荡。前者的优势在于容易屏蔽外界电磁场干扰,劣势在于准确计量单个原子的振荡次数很困难。后者的计量很容易,但精确度又不及前者,因为多个原子的电磁场会互相干扰。

东京大学的研究人员综合了两种方法的优势,利用激光束形成一系列的能量井,每个能量井支撑一个锶原子,就像鸡蛋盒子里每个凹坑固定一个鸡蛋。这样,就既避免了每个原子的电磁场互相干扰,又保证了能同时测量多个原子的振荡信号。

据介绍,这种“光学格子钟”的误差只有铯原子钟的1/1 000。

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