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usdt支付平台(www.caibao.it):140亿年内误差不跨越1/10秒!原子钟让计时精度走向极限

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  泉源:科技日报  

  凭据原子物理学的基本原理,当原子从一个能量态跃迁至低的能量态时,它便会释放电磁波。同一种原子的电磁波特征频率是一定的,可用作一种节拍器来保持高度正确的时间。原子钟就是行使保持与原子的电磁波特征频率同步作为发生时间脉冲的节拍器。

  2020年底,《自然》杂志刊载了一篇来自美国麻省理工学院研究人员的功效报导,这些研究人员行使量子纠缠征象新设计出一种原子钟,若是运行约140亿年(大约是当前宇宙的岁数),该原子钟可将时间精度保持在十分之一秒之内。而在同样的时间框架内,此前最先进的原子钟误差在半秒左右。

  自从人类意识到时间的流逝,就最先行使周期性征象举行追踪。在古代,人们是考察太阳、月亮在天空中的运动来判断时间的运行,随着科学技术发展,人类丈量时间的手段也越来越先进。15世纪,依赖锺摆和发条组成擒纵机构降生,成为现代机械锺表的焦点,再厥后又泛起行使石英周期振动来计时的锺表。到厥后,原子钟的泛起成为人类计时史上的一次重大革命,它使得计时尺度从天文学的宏观领域转向了物理学的微观领域,历史今后由“天文秒”时代进入“原子秒”时代,开启了人类时间丈量的崭新阶段。人类对时间的丈量和追踪正在越来越靠近宇宙的本源。

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  通过跟踪原子振荡来丈量时间

  生涯中常以分秒来计时,在当今太空探测、通讯导航、天文观察、工业自动化等领域,越来越需要更周详的时间丈量。时间常常被准确到万分之一秒,甚至百万分之一秒。为了到达要求,许多周详的计时器降生,原子钟就是其中之一。

  原子钟是世界上已知最正确的计时仪器,采用了最准确的时间丈量和频率尺度,同时这一尺度也被认为是国际时间和频率转换的基准,普遍应用于控制电视广播和全球定位系统卫星的信号通报。原子钟的研发涉及到量子物理学、电学、结构力学等众多学科,现在国际上仅少数国家俱有自力研制能力。

图片泉源:视觉中国

  凭据原子物理学的基本原理,原子是根据围绕在原子核周围差别电子层的能量差,来吸收或释放电磁能量的。当原子从一个“能量态”跃迁至更低的“能量态”时,它便会释放电磁波。这种不延续的电磁波的频率,就是人们所说的共振频率。同一种原子的共振频率是一定的——例如铯133的共振频率为每秒9192631770周。原子钟就是使用激光来丈量原子的共振频率,从而实现精准计时。

  若是要追求近乎完善的时间丈量,原子钟必须去跟踪单个原子的振荡。然则根据量子力学的纪律:当被丈量时,原子振荡的行为就像抛一枚硬币,只有在多次翻转中取平均值才气给出相对稳固的数值,这被物理学家称为尺度量子极限。因此,今天的原子钟被设计用来丈量由成千上万个相同类型的原子组成的气体,以便估算其平均振荡频率。

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