锶原子钟的历史沿革

发布网友发布时间：2024-06-01 18:30

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热心网友时间：2024-07-27 04:05

在时间的长河里，1秒只不过时钟里简单的一声“滴答”。但对物理学家来说，对这一“滴答”声的定义和测量却走过了漫长路程：1960年以前，世界度量衡标准会议以地球自转为基础，定义平均太阳日之1/86400为秒的定义，即1秒是1/60分钟，1分钟是1/60小时，而1小时则是1/24天，因此，1秒等于1天的1/86400。但是，因为地球的运转速度及与太阳的距离在改变，所以，—个正午至第二个正午的时间，并非都一样长。
1960年至1967年间，世界度量衡标准会议改以地球公转为基础，定义1900年为平均太阳年，秒的定义更改为“太阳年之31556925.9747分之一”。
在1967年召开的第13届国际计量学大会上，秒的定义进入原子时代：1秒钟被定义为铯原子电子9192631770次的固有微小振荡频率，这个标准一直沿用至今。根据量子原理，同一原子的电子在不同能量态之间跃迁时所释放的电磁波是恒定的，所以可以用这种频率作为时间间隔的精确依据。
时间测量的精度也在不断提高。1350年，第一座机械闹钟出现在德国。1583年，伽利略发现单摆的摆动周期与振幅无关，这是时钟历史上的一大进步。1656年，荷兰天文学家、数学家惠更斯提出了单摆原理并制作了第一座自摆钟，从此，时钟误差可以秒来计算。到1762年，最好的机械表已经能够达到每3天才差1秒钟的精度，但在航空、航海和物理学研究领域还需要更精确的计时。
1945年，美国纽约哥伦比亚大学物理学家拉比提出用原子束磁共振技术来做原子钟的概念。1948年，NIST用氨分子作为磁振源，制成了世界上第一台原子钟。1952年，NIST制成第一台铯原子钟，将之命名为NBS-1(是以当时的美国国家标准局〈National Bureau of Standards〉命名，简称NBS)，这一命名规则一直延续到1975年的NBS-6。现在存放于NIST的铯原子钟为NIST-F1，精度为3000万年差一秒。
还有没有比这更精确的时钟呢？物理学家们上下求索。锶原子能级跃迁的速度比铯原子快1000倍，从理论上讲，锶原子钟比铯原子钟更准确，但是，锶原子钟制作落后于铯原子钟，因为测量频率如此之快的“滴答”声非常困难。
采用同样的原理，日本科学家曾在2005年创建出一台锶原子钟，但是这台钟对频率的测量误差为27赫兹。叶军的研究小组建造了更稳定的激光晶格，能够让光晶格更牢固，从而阻止锶原子因移动而干扰信号，他们的最新成果发表在2007年3月出版的《物理评论快报》(Physical Review Letters)上，其频率的不确定性被减小到0.4赫兹, 测量误差减小到1.1赫兹。
以前，卡尔·蔡司研究奖都颁发给具有很强应用前景的研究项目，如对眼睛的光力学治疗技术或蓝光二极管的发明，但2007年度的获奖成果却是纯粹的基础研究。