原子钟（原子钟和晶振的区别）

原子钟和晶振的区别？

原子钟由化学元素氢丶铯丶铷等组成精度高。晶振是由石英晶体上切下的晶片。

科学家为什么要研究原子钟？

古人最早以天文现象来计时即太阳的东升西落为一天后来又总结出月亮围绕地球运行一周为一月地球围绕太阳运行一周为一年在计时工具上则发明了日晷、沙漏等其计时精度很差但在当时的社会生产条件下已基本够用了。

不过随着科技的发展人类社会对计时的精度要求也越来越高于是又发明了机械钟表电子表等近几十年来计时参考开始对照原子内部的规律性运动比如原子的振荡频率其惊人的稳定节奏使得计时变得极为精确于是原子钟诞生了。

原子钟利用的是原子中电子的能量跃迁来计时的科学家早就发现了原子中的电子在特定的能级上只能携带一定量的能量。70年前就有科学家提出了计时方面的原子分离振荡法就是把原子的振荡频率提取出来作为计时器的运动周期为了使原子中的电子从一个能级到达另一个能级可以用恰当频率的激光照射原子激发电子的能量跃迁实现电磁波振荡的速率因为原子的结构十分稳定周期运动的时间间隔很小得出其振荡频率后用它计时的计时器就叫做原子钟。

现在很多高科技领域都需要精确的计时使用的都是原子钟比如卫星导航系统原子钟是通过电子等微观粒子的跃迁节奏确定时间的铯原子、氢原子、汞原子、铷原子、锶原子等都已经被科学家广泛用于研制原子钟。有人已经将铯原子钟做到了2,000万年误差一秒而几年前我国天宫二号上放置的冷原子钟则做到了3,000万年误差一秒。

3000万年才差一秒原子钟足够精确了吧！然而它还并非是目前最精确的已有光学原子钟可以做到运行一二百亿年也不会差一秒或者说从宇宙诞生开始一直运行到今天它的误差也不会超过一秒。

这样的计时精确度足够高了吧？然而科学家们并没有停下脚步仍然在向着更高的计时精度努力如今世界顶尖的计时研究专家正在研制一种比原子钟更精确的时钟——核钟理论上讲它的精度可以达到光学研制中的至少10倍以上可将计时的精确度推向新的极致。

那么核钟是依靠什么来实现更高的精度的呢？科学家发现原子核里的质子和中子虽然被强核力捆绑在一起但本质上也像电子一样占据着不连续的能级因此理论上也可以利用原子核的物理特性制造出计时精度更高的核钟而由于原子核能够抵御会干扰原子钟的杂散电场或磁场的影响物理学认为原子核能级之间的跃迁要比电子更具规律性和稳定性因此理论上讲核钟将比原子钟将更精确更稳定可达我国冷原子钟精确度的数百倍。

那么又如何激发原子核的能量跃迁呢？对大部分的元素来说能够激发电子实现能量跃迁的激光无法激发他它们实现能量跃迁的但是在不断地研究与探索中科学家发现钍-229元素中有一对能量足够接近的相邻能级用激光就可能引发它的跃迁因此科学家们认为是可以制造出钍-299核钟的它的精确度就要比光子原子钟强十倍预估在未来数年内将可以制造出这种核钟它可以在上千亿年的时间幅度内误差不超过一秒在宇宙诞生至今的138亿年的时间中它的运行误差幅度也不过才1/10秒。

更精确的计时器将会推动诸多高科技领域的发展以及多学科科学研究向着更高层次进步。

参考资料：

中科院物理研究所官方账号“中科院物理所”6月19日文章《比原子钟更精确的是？》

北京原子钟时间？

随着量子力学的发展科学家们发现原子或分子能级之间的跃迁稳定又精确由此便诞生了原子钟。原子钟是利用测量原子震荡频率确定的时间标准。在1967年第十三届国际计量大会决定把时间单位定义从天文时转变到原子时。

目前由我国科学家研制的铯原子钟精度可以达到每100万年误差1秒。日常使用的“北京时间”就是来源于这样高精度的原子钟。