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時間基準的原子時代

發布時間:2007-07-19 作者:蕭山編譯 來源:www.jlbjb.com 瀏覽:2947

□蕭山編譯

  科學家們早就認識(shí)到原子(和分(fèn)子)具有諧振現象:每種化學元素和化合物都以自己的特性頻率(lǜ)吸收或發出電磁輻射。 這種諧振在時間和空間上非常(cháng)穩定,今天的氫原子或銫原子與一百萬年(nián)前或另一個星係的氫(qīng)原子或銫原子完全相同(tóng)。這些原(yuán)子可以構成一種以固有頻率擺動的“鍾擺”,而這種可重複的固有頻率正是精(jīng)確時鍾的基礎。

  20世紀30年代和40年代雷達和甚高(gāo)頻無(wú)線通訊的研製發現原(yuán)子(zǐ)間的相互作用可以產(chǎn)生電(diàn)磁波(微波)。研製原子鍾的工作是從氨分子的微波諧振的研究上開始的。1949年,美國標準技(jì)術研究院(NIST)建立了基於氨分(fèn)子諧振原(yuán)理的(de)第一台原子鍾。但是,這台鍾的(de)性能並不比當時已有的標準好多少。所以,他們的研(yán)究很快(kuài)轉移到更有希望的銫原子束裝置上。

  與美國海軍(jun1)觀(guān)象台VSNO合(hé)作,英國於1955年在國家物理實驗室(NPL)建立了第(dì)一台實用的銫原子頻率基準,並用來測量天文時。NIST是最早(zǎo)開始研製(zhì)銫原子基準的(de),但好幾年後它才完(wán)成了它第一個原子束裝置(zhì)。不久後又建了第二台(tái),用於比對測試。

  1960年,銫基準進一步完善(shàn),並用於NIST的官方(fāng)守(shǒu)時係統。許多國家實驗室也研製了這類基準裝置(zhì),使得這(zhè)種守時係統被(bèi)廣泛(fàn)采用。

  1967年銫原子自然(rán)頻率被正(zhèng)式確認為時間的國際單位製單位:秒被定義為銫原(yuán)子9192631770個諧振頻率周(zhōu)期的時間,它取代了以前基於地球運動周期的定義。秒很快(kuài)就成為科學家們所測量的最(zuì)精確的物理量。 2002年1月,NIST首先采用“噴泉”技術的第(dì)八號(hào)銫鍾?穴代(dài)號NIST-F1?雪——最新的銫基準每年僅有3千萬(wàn)分之一秒的誤(wù)差。

  另外,還(hái)研製了一些其他不同用途的原(yuán)子鍾;例如(rú),有更穩定的氫原子鍾,還有更緊(jǐn)湊、便宜(yí)和低耗的基於銣(rú)蒸氣微波吸收原理的原子鍾等。

  現代生活越來越依靠於精(jīng)確的時間。過去誤差一刻鍾的時鍾也許就夠用(yòng)了,但現在不同,交通、通訊、金融、製造、電力和許(xǔ)多其他技術越來越依靠(kào)於(yú)精確(què)的時鍾。科學研究和(hé)現代技術的需求(qiú)促使我們研究更準的時鍾。在NIST、USNO,在法國、德國以及世界其他實驗室正在開發下一代(dài)的時(shí)間基準(zhǔn)。

  當我(wǒ)們繼續“時間漫步”的時候,我們將能(néng)看(kàn)到NIST、USNO和位於巴黎(lí)的國際計量局(BIPM)等機(jī)構(gòu)正在幫助世界維持一個單一的、一致的時間體(tǐ)係。

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