140亿年内误差不超过1/10秒 原子钟让计时精度走向极限_泛亚电竞
本文摘要:140亿年,误差不超过1/10秒。原子钟将计时精度推向了极限。根据原子物理学的基本原理,当原子从能态跃迁到低能态时,会释放出电磁波。 同一原子的电磁波的特征频率是固定的,可以作为节拍器来保持高度准确的时间。原子钟是利用原子的电磁波的特征频率进行同步的节拍器,作为产生时间脉冲的节拍器。 ◎2020年底,本报记者冯卫东自然杂志发表了美国麻省理工学院研究人员的研究成果报告。这些研究人员利用量子纠缠现象设计了一种新的原子钟。原子钟的年龄可以将时间精度保持在十分之一秒内。

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140亿年,误差不超过1/10秒。原子钟将计时精度推向了极限。根据原子物理学的基本原理,当原子从能态跃迁到低能态时,会释放出电磁波。

同一原子的电磁波的特征频率是固定的,可以作为节拍器来保持高度准确的时间。原子钟是利用原子的电磁波的特征频率进行同步的节拍器,作为产生时间脉冲的节拍器。

◎2020年底,本报记者冯卫东自然杂志发表了美国麻省理工学院研究人员的研究成果报告。这些研究人员利用量子纠缠现象设计了一种新的原子钟。原子钟的年龄可以将时间精度保持在十分之一秒内。在同一时间范围内,前一个。

最先进的原子钟有半秒左右的偏差。自从人类意识到时间的流逝,就开始利用周期性现象进行追踪。远古时代,人们遵循科学技术,通过观察天上日月的运动来判断时间的运动。

随着发展,人类测量时间的手段越来越先进。15世纪,由钟摆和发条组成的擒纵机构诞生,成为现代机械钟表的核心。

后来,出现了利用石英的周期性振动来计时的钟表。后来,原子钟的出现成为人类计时史上的一次重大革命。它将计时标准从天文学的宏观领域转向了物理学的微观领域。从此,历史从“天文秒”时代进入了“原子秒”时代,开启了人类的大门。

ti的新阶段。测量。

人类对时间的测量和追踪越来越接近宇宙的起源。通过跟踪原子振荡来测量时间。在生活中,时间常常以分和秒来衡量。在当今空间探索、通信导航、天文观测、工业自动化等领域,越来越需要精确的时间测量。

时间通常精确到万分之一秒,甚至百万分之一秒。为了满足要求,诞生了许多精密时计,原子钟就是其中之一。原子钟是世界上已知的最准确的计时仪器,使用最准确的时间测量和测量。

同时,该标准也被认为是国际时频转换的基准,广泛用于控制电视广播和GPS卫星的信号传输。研发。f 原子钟涉及量子物理、电学、结构力学等诸多学科,目前全球仅有少数国家具备自主研发能力。根据原子物理学的基本原理,原子根据原子核周围不同电子层的能量差异吸收或释放电磁能。

当一个原子从一个“能态”跃迁到一个较低的“能态”时,它会释放出电磁波。这种不连续电磁波的频率就是人们所说的共振频率。同种原子的共振频率是固定的——例如铯133的共振频率是每秒9192631770个周期。

原子钟使用激光来测量原子的共振频率,以实现精确计时。如果你想追求近乎完美的时间测量,原子钟必须跟踪单个原子的振荡。

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但依法。量子力学:测量时,原子振荡的行为就像抛硬币。�� 必须在多次翻转中取平均值才能给出一个相对稳定的值,这被物理学家称为标准量子极限。

因此,今天的原子钟旨在测量由数千个相同类型原子组成的气体,以估计其平均振荡频率。虽然原子钟的种类很多,但它们背后的原理大致相同。目前,原子钟中最常用的原子包括氢、铯、铷等碱金属原子。

但是元素周期表中有100多种元素。为什么科学家对这类原子情有独钟?这是因为碱金属原子内部只有一个价电子,理论模型比多价电子系统相对简单。科学家在长期实验中发现,铯原子钟是最稳定的。

在碱金属原子中,误差可低至每 2000 万年 1 秒。据了解,铯原子钟是利用铯原子束,通过磁场将不同能级的铯原子分离。该时钟将高稳定度的铯振荡器与GPS高精度授时、测频和时间同步技术相结合,使铯振荡器的输出频率被驯服并与GPS卫星同步。

在子时钟信号上,提高了频率信号的长期稳定性和精度,可以提供铯钟数量级的高精度时间和频率标准。是通讯、广播、电视等部门替代铯钟的高性价比产品。氢原子钟将氢原子保持在由特殊材料制成的容器中,使氢原子保持所需的能量水平而不会失去其较高的能量状态。

过快,但环境温度变化和微波腔老化会导致其输出频率发生变化,从而导致氢原子钟长期性能变差。为了减少这些影响,可以使用自动调谐器来确保谐振腔的频率始终工作在所需的频率上,并采用了新的温度控制系统。提高氢原子钟的长期性能。

铷原子钟是所有原子钟中最简单、最紧凑的。它使用一个充满铷气体的玻璃腔。当周围铷气体的微波频率恰到好处时,它会根据铷原子的振荡频率改变其光吸收率。

铷原子钟与GPS卫星铯原子钟可溯源同步,几乎没有输出频率漂移,性能与铯原子钟相似。洛克。而且,不存在铯束管寿命短、更换成本高的问题。

量子纠缠大大提高了计时的准确性。那么原子钟是怎么来的呢? 1945年,哥伦比亚大学物理学教授伊西多·拉比提出他在1930年代开发的原子束磁共振技术可用于制造手表; 1949年,NIST的前身美国国家标准与技术研究院公布了世界上第一个以氨分子为振动源的原子钟; 1952 年,NIST 宣布了第一个使用铯原子作为振荡源的原子钟 NBS-1。1955 年,英国国家物理实验室生产了第一个。

铯时钟用作校准源。1967 年,第 13 届度量衡大会根据铯原子的振荡定义了 1 秒。从此,全球计时系统便摒弃了天文ca。

ndar并进入原子时间时代。NBS-4 建于 1968 年,是当时世界上最稳定的铯原子钟,并在 1990 年代用作 NIST 计时系统的一部分。NIST 最新的铯原子钟 NIST-F1 可以保持各个角度的时间精度。

��30 亿分之一秒。这是 NIST 建造的一系列铯钟中的第八个,也是 NIST 第一个基于“喷泉”原理工作的铯钟。

通常原子钟使用激光将数千个原子捕获在一个光学“陷阱”中,然后用另一个频率与被测原子振动频率相似的激光进行检测。以经典物理定律不可能的方式将原子连接在一起,使科学家能够更准确地测量原子振荡。麻省理工学院的研究团队认为,如果原子发生纠缠,它们各自的振荡会围绕一个共同的频率收紧,并且偏差会比不纠缠时更小。纠结。

因此,原子钟可以测量的平均振荡将具有超出标准量子极限的精度。研究人员纠缠了大约 350 个镱原子,这种元素的振荡频率比传统原子钟中使用的铯原子每秒振荡 100,000 次。

该团队使用标准技术来冷却和捕获原子,这些原子被捕获在由两个镜子形成的光学腔中。然后,它们通过激光腔发射激光,使其在镜子之间反射并与原子重复。�� 行动并纠缠他们。

通过这种方式,研究人员将原子纠缠在一起,然后使用另一种类似于现有原子钟的激光来测量它们振荡的平均频率。与未纠缠原子的类似实验相比,他们发现纠缠原子的原子钟达到了所需精度的 4 倍。它不仅有助于解码宇宙,也为生命服务。

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不同于普通的闹钟、手表等时间。在生活中,我们很难在日常生活中一窥原子钟的真面目。事实上,原子钟既高又接地。它高大挺拔,因为它可能有助于解码宇宙中神秘莫测的信号;它是接地的,因为如果没有它的帮助,手机上的导航将带您多一点。

卫星定位系统是通过获取卫星与用户接收器之间的距离来计算的,距离等于传播时间乘以光速,所以精确的测距实际上就是精确的时间测量。没有高精度的时频,卫星导航定位系统就无法实现高精度的导航定位。

所谓的损失。这就是原子钟发挥作用的地方。因为重力会影响时间的流逝,接近海平面的时钟实际上比珠穆朗玛峰上的时钟慢一点,这意味着。物理学家可以使用原子钟。

为了确定地球的形状、大小和重力场,这是一个称为大地测量学的科学领域。为了提高测量精度,天文学家已经开始将设施同步到一个精确的时间标准。这种同步将改进一种称为超长基线干涉测量的天文成像技术,该技术涉及多个天文台协同工作,对单个望远镜无法分辨的物体进行成像。例如,今年早些时候,天文学家使用这种技术拍摄了第一张黑洞照片。

更好的时间同步将实现更高分辨率的成像,因此需要原子钟来提供帮助。此外,如果原子钟能够更准确地测量原子振荡,它们将足够灵敏,可以探测到暗物质和引力波等事物。现象。有了更好的原子钟,科学家们仍然可以打开。

�� 回答一些令人费解的问题。,例如重力对时间的流逝可能产生什么影响,以及时间本身是否会随着宇宙的老化而变化。编辑:卞立群。


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