原子鐘

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NIST-F1噴泉原子鐘,是美國時間和頻率標準,其不確定度約為3×10-16(2013年)。

原子鐘是一種時鐘,它以原子共振頻率標準來計算及保持時間的準確。原子鐘是世界上已知最準確的時間測量和頻率標準,也是國際時間和頻率轉換基準,用來控制電視廣播和全球定位系統衛星的訊號。

原子鐘並不使用放射性計時,而是使用電子轉變能級時釋放的精確微波訊號。早期的原子鐘為附上工具的激微波。今天最好的原子鐘是以原子噴泉中冷原子的吸收光譜法作爲基礎的。

歷史[编辑]

晶片級,例如這個2004年出現的原子鐘,被認為可以大幅提高GPS定位能力

利用原子遷越來估算時間的概念在1879年首次由開爾文男爵提出。[1] 磁共振的方法則由伊西多·拉比在1930年代發展出來,并成為製作原子鐘的核心技術。[2]

1945年,拉比首次公開宣稱原子束磁共振可用於製作鐘錶。[3][4][5] 第一個原子鐘是氨微波激射器,1949年製成於美國的國家標準局(National Bureau of Standards)。當時使用分子鐘命名,是當時最精確的計時工具,但這個原子鐘還沒有現在的石英鐘準確。[6]

1955年,第一個精確的原子鐘由路易斯·埃森根據銫-133的遷越製成於英國國家物理實驗室[7] 銫原子鐘的標度依照天文學的星曆時(ET)。[8]

自1950年代以來,原子鐘開始依靠氫-1、銫-133和銣-87的超精細遷越製造。第一個商業化的原子鐘是National Company製造的Atomichron,這種原子鐘在1956年至1960年間售出至少50個。這些初代商業原子鐘巨大而笨重,1964年被更輕巧的機架式原子鐘取代。[2]

1971年:铯原子钟环球飞行实验首次证实了狭义相对论,两个经过较准的铯原子钟在经历不同加速历程后产生了误差。[9][10]

2004年8月,國家標準技術研究所的科學家發明出了晶片尺寸的原子鐘,[11] 根據研究人員所述,這種新的原子鐘比其同類要小100倍,所需能量不過125mW[12] 因此該原子鐘可以使用電池來續航,2011年此技術開始商業化。[12]

參考文獻[编辑]

  1. ^ Sir William Thomson (Lord Kelvin) and Peter Guthrie Tait, Treatise on Natural Philosophy, 2nd ed. (Cambridge, England: Cambridge University Press, 1879), vol. 1, part 1, page 227.
  2. ^ 2.0 2.1 M.A. Lombardi, T.P. Heavner, S.R. Jefferts. NIST Primary Frequency Standards and the Realization of the SI Second (PDF). Journal of Measurement Science. 2007, 2 (4): 74. 
  3. ^ Isidor I. Rabi, "Radiofrequency spectroscopy" (Richtmyer Memorial Lecture, delivered at Columbia University in New York, New York, on 20 January 1945)
  4. ^ "Meeting at New York, January 19 and 20, 1945" Physical Review, vol. 67, pages 199-204 (1945)
  5. ^ William L. Laurence, "'Cosmic pendulum' for clock planned," New York Times, 21 January 1945, page 34. Reprinted on page 77 of: Lombardi, Michael A.; Heavner, Thomas P.; and Jefferts, Steven R. (December 2007) "NIST primary frequency standards and the realization of the SI second," NCSLI Measure, vol. 2, no. 4, pages 74-89.
  6. ^ D.B. Sullivan. Time and frequency measurement at NIST: The first 100 years (PDF). 2001 IEEE International Frequency Control Symposium. NIST: 4–17. 2001. (原始内容 (PDF)存档于2011-09-27). 
  7. ^ L. ESSEN, J. V. L. PARRY. An Atomic Standard of Frequency and Time Interval: A Cæsium Resonator. Nature. 1955/08, 176 (4476): 280–282 [2018-04-02]. ISSN 1476-4687. doi:10.1038/176280a0 (英语). 
  8. ^ W. Markowitz, R.G. Hall, L. Essen, J.V.L. Parry. Frequency of cesium in terms of ephemeris time. Physical Review Letters. 1958, 1: 105–107. Bibcode:1958PhRvL...1..105M. doi:10.1103/PhysRevLett.1.105. 
  9. ^ 相对论已经被证实是正确的吗? - 知乎. www.zhihu.com. [2018-04-27] (中文). 
  10. ^ 网站防火墙. www.chinadmd.com. [2018-04-27]. 
  11. ^ Chip-Scale Atomic Devices at NIST. NIST. 2007 [17 January 2008]. (原始内容存档于2008年1月7日).  Available on-line at: NIST.gov
  12. ^ 12.0 12.1 SA.45s CSAC Chip Scale Atomic Clock (PDF). 2011 [12 June 2013]. 

外部連結[编辑]