原子钟原理及测量方法？原子钟的工作原理是怎么样的？

2024-03-28 23:53:56 文章来源 :网络围观 : 次评论

　　原子钟原理及测量方法？

　　原子钟的工作原理每一个原子都有自己的特征振动频率。人们最熟悉的振动频率现象就是当食盐被喷洒到火焰上时食盐中的元素钠所发出的桔红色的光。

　　一个原子具有多种振动频率，一些位于无线电波波段，一些位于可见光波段，而另一些则处在两者之间。

　　铯133则被普遍地选用作原子钟。将铯原子共振子置于原子钟内，需要测量其中一种的跃迁频率。通常是采用锁定晶体振荡器到铯原子的主要微波谐振来实现。

　　这一信号处于无线电的微波频谱范围内，并恰巧与广播卫星的发射频率相似，因此工程师们对制造这一频谱的仪器十分在行。

　　为了制造原子钟，铯原子会被加热至汽化，并通过一个真空管。

　　在这一过程中，首先铯原子气要通过一个用来选择合适的能量状态原子的磁场，然后通过一个强烈的微波场。

　　微波能量的频率在一个很窄的频率范围内震荡，以使得在每一个循环中一些频率点可以达到9,192,631,770Hz。

　　精确的晶体振荡器所产生的微波的频率范围已经接近于这一精确频率。

　　当一个铯原子接收到正确频率的微波能量时，能量状态将会发生相应改变。

　　在更远的真空管的尽头，另一个磁场将那些由于微波场在正确的频率上而已经改变能量状态的铯原子分离出来。

　　在真空管尽头的探测器将打击在其上的铯原子呈比例的显示出，并在处在正确频率的微波场处呈现峰值。

　　这一峰值被用来对产生的晶体振荡器作微小的修正，并使得微波场正好处在正确的频率。

　　这一锁定的频率被9,192,631,770除，得到常见的现实世界需要的每秒一个脉冲

　　原子钟的工作原理是怎么样的？

　　当今，我们不仅有了300年差1秒的晶体钟，还有了更高级的原子钟呢。比如铯原子钟，它看上去是一个方方正正的不算大的机柜，上面布满了各种开关、旋钮、红绿指示灯……要不是看到上面几个显眼的大字“铯束管原子钟”，根本就不会相信这是一台钟，因为它和普通的钟表比起来，已经是面目皆非了。

　　铯束管原子钟及其他各种类型的原子钟，都是用“原于跃迁”的频率来计时的，这个频率很高并极其稳定，所以它的计时精度也非常高，可达3万年差1秒!上面我们讲过的晶体钟虽然已经很精确，但它有老化漂移等现象，因此还不能作为1级时间频率标准，而原子钟才是目前世界上公认的1级时间频率标准。

　　原子钟可真棒，3万年才差1秒，多准啊!

　　随着人类的认识向着微观世界发展，揭示了原子的秘密以后，又给人类计时提供了更精确的方法，因为微观世界的稳定性远远超过了宏观世界。

　　在宏观世界中没有完全相同的个体，一对孪生兄弟，看起来十分相似，但仔细观察，就可以找出它们的差异来；同一厂家用同样的元器件生产的电视机，外观一模一样，但质量却各有优劣。

　　在微观世界中则恰恰相反，有着许多完全相同的东西，我们不能把一个电子和另一个电子区别开来，我们也不能把同种元素的一个原子与另一个原子区别开来。这并不是由于我们的测量仪器过于粗笨，而是它们的确完全相同，原则上无法把它们区别开来。即使在地球深部的高温高压下，也不能改变它们的性状。

　　所有计时方法和计时工具，都是基于物体有规律的变化。如地球绕太阳1年旋转1周，地球1天自转1周，普通手表每秒摆轮摆5次，晶体钟每秒振荡枷万次，而原子钟是用原子的“振动”来计时的，它每秒钟振动竟达几十亿次。计时频率的提高，本身就意味着计时精度的提高。

　　从印年代原子钟问世以来，到现在已经发展成一个“家族”了。有最初的氨分子钟、有铷原子钟、铯原子钟，还有氢原子钟……每种钟又有不同的类型。

　　原子钟虽然多种多样，但它们的工作原理却是基本相同的。都是利用了原子跃迁的周期稳定这个特点。