原子钟

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NIST-F1喷泉原子钟,是美国时间和频率标准,其不确定度约为3×10-16(2013年)。

原子钟英语:Atomic clock)是一种时钟,它以原子共振频率标准来计算及保持时间的准确。原子钟是世界上已知最准确的时间测量和频率标准,也是国际时间和频率转换基准,用来控制电视广播和全球定位系统卫星的讯号。

原子钟并不使用放射性计时,而是使用电子转变能级时释放的精确微波讯号。早期的原子钟为附上工具的激微波。今天最好的原子钟是以原子喷泉中冷原子的吸收光谱法作为基础的。

历史[编辑]

芯片级,例如这个2004年出现的原子钟,被认为可以大幅提高GPS定位能力

利用原子迁跃来估算时间的概念在1879年首次由开尔文男爵提出。[1] 磁共振的方法则由伊西多·拉比在1930年代发展出来,并成为制作原子钟的核心技术。[2]

1945年,拉比首次公开宣称原子束磁共振可用于制作钟表。[3][4][5] 第一个原子钟是氨微波激射器,1949年制成于美国的国家标准局(National Bureau of Standards)。当时使用分子钟命名,是当时最精确的计时工具,但这个原子钟还没有现在的石英钟准确。[6]

1955年,第一个精确的原子钟由路易斯·埃森根据铯-133的迁越制成于英国国家物理实验室[7] 铯原子钟的标度依照天文学的星历时(ET)。[8]

自1950年代以来,原子钟开始依靠氢-1、铯-133和铷-87的超精细迁越制造。第一个商业化的原子钟是National Company制造的Atomichron,这种原子钟在1956年至1960年间售出至少50个。这些初代商业原子钟巨大而笨重,1964年被更轻巧的机架式原子钟取代。[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,国家标准技术研究所的科学家发明出了芯片尺寸的原子钟,[11] 根据研究人员所述,这种新的原子钟只有同类的1%大小,所需能量不过125mW[12] 因此该原子钟可以使用电池来续航,2011年此技术开始商业化。[12]

参考文献[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]. (原始内容存档于2018-06-12). 
  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]. 

外部链接[编辑]