為何要研製高精度的原子鐘?

時間 2021-07-06 06:52:49

1樓:藍天宇

大型原子鐘:

一般是氫鐘,主要解決基準問題,比如天文台就需要這個。因為畢竟氫原子的躍遷頻率最穩定,人家畢竟是元素週期表第一啊。

小型原子鐘:

一般是銣鐘/銫鐘,解決的是應用裝置頻率準確問題。好比你有一塊表,如果你的表很準,那麼你可以每個天和天文台的基準對一次時;如果你得表很戳,你得每過幾分鐘就對一次時,因為這幾分鐘的時間你和基準已經差的很遠了。

2樓:烤魚嘎嘣脆

物理學家總是想要測得更準的。頻率,或者說時間,是測得最準的量了,想要在基礎研究上更進一步,比如去測引力波,去測精細結構常數的變化,等等,都需要提高精確度。

3樓:小珝珝

看來大夢一場是這方面的專家武漢數物所做出了鈣離子光鐘,可喜可賀,但指標還需更近一步。另外,中性原子光鐘還有很長一段路要趕,國外的結果真是日新月異啊!

4樓:InterV

把以前寫的兩個答案摘出來一點的。

更詳細一點的答案在

基於單個囚禁鈣離子的光頻標是用來進行什麼研究的?擁有該項技術意味著什麼?

全球不同緯度的鐘錶走的不一樣快,應該要怎麼辦?

原子鐘的研製,對應著兩個大的應用方向,有著不同的發展。

第一種是大型的,高功耗,準確度和頻穩度很高的原子鐘。比如光頻標或者噴泉鐘。主要用於精確測量一些基本物理常數或者時間常數,比如引力常數,Rydberg常數。

包括一秒的定義,現在一秒的標準定義是Cs133原子基態的兩個超精細能級間躍遷對應輻射的

9,192,631,770個週期的持續時間。隨著新型原子鐘的指標越來越高,大概這個定義也會更改。同時也用於國家守時系統,給使用者精確傳遞標準時間訊號。

同時目前全球的主要時間標準是協調世界時系統,是一種由基於地球自轉週期的世界時和基於原子躍遷的原子時協調而來的系統。

第二種則是試圖在體積功耗和效能之間找到平衡,用於小型化系統的原子鐘。比如用於定位導航系統的星載原子鐘(GPS,北斗,伽利略,GLONASS),通過收發訊號的精確時間差測算距離和位置,通訊同步,電力系統同步的小型化原子鐘,或者可用於手持GPS接受器和無人機的晶元化原子鐘(Chip Scale Atomic Clock,

CSAC)。這類原子鐘通常指標比不上第一種,但是體積功耗都比較低,CSAC體積只有十幾立方厘公尺。

現在最精確和穩定的原子鐘是光頻標。光鐘的應用範圍現在應該還侷限於第一種應用,現在比如用於基礎物理常數的測量,或者作為一級頻標去比對一些二級頻標的頻穩度。畢竟無論是用於囚禁離子的離子阱或者囚禁中性原子的雷射或者作為本振的連續穩頻雷射器目前都無法小型化,對於實驗條件的要求是很高的,技術也不是特別成熟。

現在在計量學當中,可以盡可能把其他基本物理量通過一定的物理關係轉換為頻率量來進行測量。比如一公尺的定義即為真空中光在1/299 792 458

秒通過的距離,或者電壓V可以通過交流約瑟夫森效應,從加在約瑟夫森結上面的電壓產生交流電頻率來復現。這些基本物理常數的測量對研究各種物理規律有重要作用。我想在國內實驗室做出光鐘的意義在於,指標上已經是世界先進的了,那對於這些基礎物理的研究,就可以達到更高的乙個層次,同時也可以提高國家授時系統的精度和穩定度。

而且目前很多傳統原子鐘已經接近於散粒雜訊限制(Shot noise limited

SNR),所以開發更高精度的新型原子鐘變得更有必要。

5樓:小雨

原子鐘的技術的改善不會直接作用到人們的日常生活,但是可以間接的改善。例如原子鐘足夠便宜,小型化,可能話費結算不是以分為單位,而是以秒為單位了

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