有史以来最准确的时钟

2017-05-16 08:02:02

保罗·马克斯如果时间不等人,那么人类的聪明才智也无法衡量它的传球纵观历史,更加稳定和精确的时钟已经带来了通信和导航的进步现在,时钟比任何前代产品都精确1000倍的时钟已经设定了另一个基准,甚至可以用来创建一个更精确的定义一秒钟的时间新时钟是20世纪50年代出现的原子钟的变种原子钟通常通过测量原子共振的频率来工作例如,铯-133原子的外电子在两个能量状态之间共振,恰好每秒9,192,631,770次,发射出与它们完全相同频率的微波自1967年以来,这种性质被用来定义我们所说的1秒钟 - 正式时间是铯原子共振9,192,631,770倍所需的时间一种创建更精确时钟的方法是提高它的滴答速率第一个原子钟可以将其降低到1010的1个精度今天的铯钟可以测量精确度为1015的1或大约3千万年的1秒但是搜索的是更精确的时计创建更精确时钟的一种方法是提高它“滴答”的速度,德国Garching的Max Planck量子光学研究所的Thomas Udem说 “时钟有一个计数器,可以计算周期性的东西该周期越短,时钟就越准确这就是为什么人们从每天一个时段的日程到每秒一个周期的摆钟到每秒钟振荡10,000次的石英钟现在我们有铯钟计数,每秒钟有90亿次振荡“那么什么比铯原子更快被仔细检查的元素包括镱,汞和锶,它们每秒共振429,228,004,229,952次但到目前为止,已经证明无法创建有用的锶原子钟原则上,有两种方法可以创建锶时钟:使用单个原子的振荡,或同时对多个原子进行相同的操作使用单个原子的优点是相对容易将其与外部电磁场屏蔽,外部电磁场干扰其振荡频率缺点是难以精确测量在如此高频率下振动的单个原子多原子时钟产生更清晰的信号但不太准确,因为原子的电磁场相互干扰 ??第二个正式是铯原子共振9,192,631,770倍的时间现在Hidetoshi Katori和他在东京大学的同事提出了一个优雅的解决方案,结合了两个系统的优点(Nature,vol 435,p 321) Katori使用六束激光束来产生静止电磁波的图案这产生了一系列能量井,每个能量井都支持一个锶原子,就像蛋盒中的每个凹坑都能容纳一个鸡蛋一样(见图)这可以防止单个原子的电磁场干扰它们的邻居的电磁场,并允许一次测量许多原子的振荡信号之前以这种方式制造钟表的尝试失败了,因为陷阱激光器本身干扰了原子的振荡频率 Katori的小组通过调整激光器的频率来解决这个问题,因此它们将锶的上下过渡能量水平改变了完全相同的量,