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未来的计时技术 - 真空技术对光学原子钟至关重要

包含自由漂浮原子的真空腔是当今最精密的时间测量仪器的核心。激光脉冲功能作为最新一代原子钟的时间测量发生器。它们的精准度极高。

什么是时间?物理学家和哲学家都无法回答这个问题。但这并不妨碍人们将时间划分为一个个小片段,并尽可能精确地测量它。古老的日晷或中世纪的机械钟等计时工具,是我们曾使用的

未来的计时技术 - 真空技术对光学原子钟至关重要

时间测量方法的重要发展阶段。17 世纪,数学家、物理学家克里斯蒂安 惠更斯取得了一个重要的技术成就。他发明的摆钟首次将时间精确划分为时、分和秒。自此以后,越来越精确的计时工具被人们研制出来。今天,铯原子钟作为官方世界标准时间的参考基准,每三千万年的误差仅为 1 秒。

铯原子钟记录世界时间

这些现代钟表没有钟摆或指针, 而是使用铯原子"记录"时间的流逝。这些铯原子被加热至汽化,然后置于高真空管中。低压确保原子不会相互碰撞,并以高能量通过真空腔。然后,这些原子会受到微波辐射。合适的频率(物理学家称之为共振频率)会改变一些原子的能量状态。它们会被"激发",并由探测器为它们计数。

现在调整微波频率,使最大数目的铯原子能量状态发生相应变化。此数量在 9,192,631,770 赫兹下(即每秒振荡超过 90 亿次)趋于稳定。相反,当到达此数字时,即过去一秒。这就是 SI 国际单位制中定义一秒的长度的基础。

精准度甚至高于激光

除了铯辐射钟之外,铯喷泉钟也被用来作为今天世界时间的参照时钟。在这类时钟中,铯原子就像喷泉一样被引入真空腔中,然后再被微波辐射。由于原子的共振频率可以更精确地使用此技巧来确定,所以喷泉钟每四千万年的误差仅为 1 秒。

而使用锶或镱原子的光学原子钟就更精准了。在这类时钟中,原子不是用微波而是用激光在超高真空中被激发。当一个原子改变其能量状态时,光的频率可以作为一秒的长度参照。频率越高,电子跃迁频率越快,时间就可以被划分为更小的间隔。光学原子钟"滴答"的速度比铯原子钟快得多,因此测得的时间间隔也更精确。它们可能会成为世界时间的新计时工具,因此有必要重新定义广为人知的时间单位:一秒。不管此过程如何,所有类型的原子钟都需要为参考原子准备一个真空腔。

标签: 普旭真空技术  

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