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时间基准的原子时代

发布时间:2007-07-19 作者:萧山编译 来源:www.jlbjb.com 浏览:2825

□萧山编译

  科学家们早就认识到原子(和分子)具有谐振现象:每种化学元素和化合物都以自己的特性频率吸收或发出电磁辐射。 这种谐振在时间和空间上非常稳定,今天的氢原子或铯原子与一百万年前或另一个星系的氢原子或铯原子完全相同。这些原子可以构成一种以固有频率摆动的“钟摆”,而这种可重复的固有频率正是精确时钟的基础。

  20世纪30年代和40年代雷达和甚高频无线通讯的研制发现原子间的相互作用可以产生电磁波(微波)。研制原子钟的工作是从氨分子的微波谐振的研究上开始的。1949年,美国标准技术研究院(NIST)建立了基于氨分子谐振原理的第一台原子钟。但是,这台钟的性能并不比当时已有的标准好多少。所以,他们的研究很快转移到更有希望的铯原子束装置上。

  与美国海军观象台VSNO合作,英国于1955年在国家物理实验室(NPL)建立了第一台实用的铯原子频率基准,并用来测量天文时。NIST是最早开始研制铯原子基准的,但好几年后它才完成了它第一个原子束装置。不久后又建了第二台,用于比对测试。

  1960年,铯基准进一步完善,并用于NIST的官方守时系统。许多国家实验室也研制了这类基准装置,使得这种守时系统被广泛采用。

  1967年铯原子自然频率被正式确认为时间的国际单位制单位:秒被定义为铯原子9192631770个谐振频率周期的时间,它取代了以前基于地球运动周期的定义。秒很快就成为科学家们所测量的最精确的物理量。 2002年1月,NIST首先采用“喷泉”技术的第八号铯钟?穴代号NIST-F1?雪——最新的铯基准每年仅有3千万分之一秒的误差。

  另外,还研制了一些其他不同用途的原子钟;例如,有更稳定的氢原子钟,还有更紧凑、便宜和低耗的基于铷蒸气微波吸收原理的原子钟等。

  现代生活越来越依靠于精确的时间。过去误差一刻钟的时钟也许就够用了,但现在不同,交通、通讯、金融、制造、电力和许多其他技术越来越依靠于精确的时钟。科学研究和现代技术的需求促使我们研究更准的时钟。在NIST、USNO,在法国、德国以及世界其他实验室正在开发下一代的时间基准。

  当我们继续“时间漫步”的时候,我们将能看到NIST、USNO和位于巴黎的国际计量局(BIPM)等机构正在帮助世界维持一个单一的、一致的时间体系。

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