2025年高考地球上最好的鐘
來源：網(wǎng)絡(luò)整理 2024-12-12 17:38:02
地球上最好的鐘
物理學(xué)家制備了一個1米高的冷銫原子“噴泉”，它可以用來制造最精確的鐘。6月7日出版的《物理評論快報》介紹說，新的“鐘”將比其它已知的任何精確記時計精確10倍以上。
銫原子軌道上的電子就像微小的磁鐵：都有北極和南極。當兩個電子的磁性取向或者說自旋取向一致時，它們也會像兩塊普通的磁鐵一樣相互排斥，整個能量也因此升高。但是它們與日常生活中的磁鐵有不同之處。量子力學(xué)要求，在一個原子的同一軌道上繞著原子核運動的兩個電子要么取向完全一致，要么完全不一致，不會出現(xiàn)介于這二者之間的情況。量子法則還指出，要把一個電子激發(fā)到較高能態(tài)，也就是使它與另外一個電子磁性取向一致，所需的光的頻率與能態(tài)間的能差成正比。
傳統(tǒng)的原子鐘的工作原理是調(diào)諧微波，直到微波在合適的頻率激發(fā)銫原子束中的自旋。這使其提供了一個標準的頻率，并可轉(zhuǎn)變?yōu)檩^低的頻率，以此測試時間。但原子束中的原子與微波的作用時間非常短暫，這局限了微波和原子作用所能達到的精度。
巴黎天文臺的物理學(xué)家AndreClairon領(lǐng)導(dǎo)的研究組大大延長了微波和原子相互作用的時間。他們用兩束激光，將含有60萬個原子的單個銫原子“球”發(fā)射到真空中。原子在緩慢的升降過程中與微波作用兩次，時間相隔半秒。通過調(diào)諧微波的頻率使球中的所有原子被激發(fā)，光的頻率可以幾乎保持為9千兆赫的常數(shù)。Clairon的研究組比較了微波和氫激光以及其它三個獨立的銫原子噴泉中微波的頻率后，證實了這一點。
耶魯大學(xué)的物理學(xué)家KurtGibble說Clairon的發(fā)明非常精確，惟一的局限在于原子本身固有的量子不確定性。Gibble解釋說，球中原子發(fā)生碰撞，變換到激發(fā)原子所需的頻率，從而引起了這種不確定性。他補充說，“但仍然存在一些技巧”來提高精度。Gibble預(yù)計新的“變戲法似的噴泉”，即在空中保留30個球并將其結(jié)果平均，在一年內(nèi)將會把精度較單個噴泉提高10倍。
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