世界上最精準的原子鐘是如何工作的

時間 2022-03-21 06:25:10

1樓:劉小雨雨雨

國家標準技術局的乙個小組宣布,他們成功研製出一種新型光學原子鐘,計算誤差為1億年零1秒。這是迄今為止世界上最精確的鐘。新原子鐘是一種光學原子鐘,其工作原理與微波原子鐘相似,但不同之處在於新原子鐘使用可見光。

因為光的頻率比微波的頻率高,所以它可以提供更精確的計時。

研究小組負責人迪達斯博士說,目前最精確的原子鐘是銫原子鐘,它是由銫原子的自振頻率來調節的。用1秒計算1500萬年的時間誤差是準確的,光學原子鐘的精度可能是目前銫原子鐘的100至1000倍。科學家認為,新的光學原子鐘可以使人們更精確地了解物質世界的時間,更精確地測量基本物理常數。

由於精確的定時對於高速資料傳輸、同步電視傳輸、銀行轉賬結算、電子郵件傳輸、衛星軌道精確控制、深空導航和太空飛行器對接等都非常重要,因此新型光學原子鐘的應用將對上述領域產生重大影響。

在人類發展時鐘技術的過程中,原子鐘出現在20世紀50年代,使計時「天文數字」精確。原子鐘是根據原子的固有振動,即精確測量特定原子釋放的微波頻率而製作的。2023年,科學家利用銫原子鐘技術,用微波頻率定義「秒」,即1秒等於「銫133原子兩基態能級轉換後的9192631770個輻射週期」。

根據研究小組在《科學》雜誌上發表的**,他們發明的光學原子鐘是根據冷卻的汞離子(除去電子的汞原子)的光學頻率設計的。汞離子的光學頻率被傳輸到雷射振盪器,它的作用就像傳統時鐘的鐘擺,產生「滴答」動作。不同的是,這種新型光學原子鐘產生的「滴答聲」的數量是每秒1.

064×1024,所以很多時候,研究人員不得不用高速雷射和光纜來「計數」這些「滴答聲」,以達到計時的目的。

國家標準技術局的乙個小組宣布,他們成功研製出一種新型光學原子鐘,計算誤差為1億年零1秒。這是迄今為止世界上最精確的鐘。

2樓:lyl零壹零

利用一些原子還有相關的物理原理來進行工作的吧,所以就會很精確

3樓:

我覺得他們肯定是有精確的儀器來控制的,所以才會很精準。

4樓:匿名使用者

這個應該是有著很好的技術支援才能夠非常的精準的

原子鐘可以說是世界上最準的鐘了,那麼它是怎麼製造出來的?

5樓:阿維子

據國外**j近報道,我們都知道日常生活中使用的時鐘用過一段時間後會變慢,也可能因為某個原因走快了,那麼世界上到底有沒有足夠精確的時鐘可以保證永遠不會走慢或走快呢?近日,金氏世界紀錄小組宣布了世界上最為精確的時鐘問世,能夠在50億年之內不會走快一秒或者走慢一秒。到目前為止,地球的年齡為46億年左右,可以認為如果這個時鐘從地球誕生時就存在了,那麼直到今天該時鐘仍然能夠保持足夠的精確度。

時鐘之所以會出現「不准」的情況,與地球上各地重力場的差異有關,唯一的答案是將時鐘放在太空中,研究人員認為這樣可以保證時鐘的準確性,但是最關鍵的一點還是時鐘的製造技術。50億年不會走偏的時鐘其實是原子鐘,由美國科羅拉多大學天體物理學研究所聯合實驗室研發,被稱為鍶晶格原子鐘,此前這項紀錄的保持著為美國國家標準與技術研究所研製的量子邏輯時鐘,但鍶晶格原子鐘比後者更加精準,精確度能提高50%。

如此精確的原子鐘執行方式是怎麼樣的呢?天體物理學研究所的jun

ye博士認為鍶晶格原子鐘由兩個能級之間的原子振盪控制,通過雷射裝置精確控制能級之間的轉換,這就實現了最為精確時鐘的製造。其實科學家的目標是製造永遠不會走偏的時鐘,目標已經不是50億年,而是整個宇宙的年齡,也就是說在這個宇宙可能存在的生命週期內,這個時鐘是不會走慢或者走快。

如此先進的時鐘看似與日常生活無關,但美國科學家認為這可能是未來手錶的雛形,我們可以利用這個技術製造更加精確的手錶。有趣的是,時間的「流逝」取決於行星的重力場,根據愛因斯坦的相對論,如果我們把鐘放在地面和牆上,兩者必然會出現不一樣的結果,當然我們無法通過日常使用的機械或者普通的電子時鐘感覺到這樣的差異。科學家認為要想讓時鐘走得更加精確,我們就應該使用原子鐘技術,並將其放入太空中

6樓:愛看**的昕

當原子從乙個「能量態」躍遷至低的「能量態」時,它便會釋放電磁波。這種電磁波特徵頻率是不連續的,這也就是人們所說的共振頻率。同一種原子的共振頻率是一定的—例如銫133的共振頻率為9 192 631 770hz。

因此銫原子便用作一種節拍器來保持高度精確的時間。

7樓:

我覺得它應該是用最精密的原子製作出來的所以精準那麼今天該時鐘仍會保持足夠的精確度

8樓:飛翔的鯤

如果這個時鐘從地球誕生時就存在了,那麼今天該時鐘仍會保持足夠的精確度。

9樓:匿名使用者

他們從來沒有想過這項技術有朝一日竟能應用於全球的導航系統上。

10樓:如來神掌

它最初本是由物理學家創造出來用於探索宇宙本質的

11樓:黃家祿

與地球上各地重力場的差異有關,唯一的答案是將時鐘放在太空中,研究人員認為這樣可以保證時鐘的準確性。

12樓:崛起的男神

原子鐘,是一種計時裝置,精度可以達到每2000萬年才誤差1秒,它最初本是由物理學家創造出來用於探索宇宙本質的;他們從來沒有想過這項技術有朝一日竟能應用於全球的導航系統上。

迄今最精準原子鐘是什麼樣的?

13樓:科普中國

將量子氣體態鍶原子擠壓成乙個微型3d立方體,使原子密度提高到之前原子鐘的1000倍,從而設計出迄今最精準原子鐘。

新研究不僅能進一步提公升gps導航系統的定位精度,更有助於科學家們驗證愛因斯坦在廣義相對論中對時間膨脹的預言,以及探索為何萬有引力定律不能適用於量子力學等問題。

原子鐘的原理是利用原子周圍電子從雷射吸收能量,在高低能態間躍遷來計時。現有原子鐘主要使用的是氫、銫和銣等原子,大家熟知的gps系統主要使用的是同位素銫-133,但銫原子電子每秒只能移動90億次,而鍶原子內電子每秒移動速度接近1000萬億次,因此在製造精準原子鐘方面更有潛力。

在美國實驗天體物理學聯合實驗室工作的葉軍帶領團隊一直潛心於鍶原子鐘的設計,並在2023年研製出當時世界最精準的光學鍶原子鐘,與銫原子鐘3億年會出現1秒誤差的精度相比,將鍶原子用雷射囚禁成線性陣列的鍶原子鐘,其精度達到每150億年(相當於宇宙年齡)才誤差1秒,打破了當時的原子鐘精確度紀錄。

此次新研究中,葉軍團隊再次打破紀錄,將鍶原子鐘的精確度再提高了20%。他們將鍶原子冷卻到-273攝氏度,使得原子變成類似費公尺子的量子氣體,其行為方式更像波動性,從而避免線性結構中原子間碰撞作用對時間測量精度的影響。

為什麼原子鐘是世界上最準確的鐘?

原子鐘的工作原理是什麼?為什麼會那麼精確啊?

14樓:紫韻縈靚

最準確的原子鐘在美誕生

美國國家標準與技術局的科研小組日前宣布,他們成功地研製出一種新型光原子鐘,其計算誤差1億年時間為1秒。這是迄今為止世界上最準確的時鐘。

新型原子鐘是一種光原子鐘,其工作原理與微波原子鐘所採用的基本原理相似,但不同的是新型原子鐘利用的是可見光。由於光的頻率比微波的高,所以能提供精度更高、更準確的計時。

科研小組負責人迪當斯博士說,目前最準確的原子鐘是以銫原子的固有振動頻率來調節的銫原子鐘,它可以精確到計算1500萬年時間誤差僅為1秒,而光原子鐘的準確度可能是目前銫原子鐘的100至1000倍。科學家認為,新型光原子鐘能使人們更精細地理解物質世界的時間,對基本物理常數作更精確地計量。由於準確計時對於高速資料傳輸、同步電視傳送、銀行轉賬結算、傳送電子郵件、衛星軌道的精確控制、深太空導航以及太空飛行器的對接等極為重要,新型光原子鐘的應用將對上述領域產生重大影響。

在人類開發鐘錶技術的歷程中,20世紀50年代出現的原子鐘使計時達到「天文數字般」的準確。原子鐘是根據原子固有振動而製成的,也就是精確測量出特定原子釋放的微波頻率。2023年,科學家採用銫原子鐘技術以微波頻率給「秒」作定義,即1秒鐘等於「銫133原子兩個基態能級的轉換所經過的9, 192,631,770個輻射週期」所需要的時間。

據該科研小組發表在《科學》雜誌上的**介紹,他們發明的光原子鐘是以乙個冷卻的汞離子(去掉乙個電子的汞原子)的光頻為基礎設計的,汞離子的光頻傳到乙個雷射振盪器上,這個振盪器的作用像傳統時鐘的鐘擺產生「滴答」動作一樣。所不同的是,新的光原子鐘每秒產生的「滴答」次數是1.064×1024,次數如此之多,研究人員不得不用借助於高速雷射與光纜,以便「數」出這些「滴答」次數以達到計時目的。(王俊鳴)

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