原子鐘的原理介紹？原子鐘，最初是物理學(xué)家為了探索宇宙的本質(zhì)而創(chuàng)造的；他們從來沒有想過這項(xiàng)技術(shù)有一天可以應(yīng)用到全球?qū)Ш较到y(tǒng)中。根據(jù)量子物理的基本原理，原子根據(jù)不同電子排列順序的能量差異，即原子核周圍不同

原子鐘的原理介紹？

原子鐘，最初是物理學(xué)家為了探索宇宙的本質(zhì)而創(chuàng)造的；他們從來沒有想過這項(xiàng)技術(shù)有一天可以應(yīng)用到全球?qū)Ш较到y(tǒng)中。

根據(jù)量子物理的基本原理，原子根據(jù)不同電子排列順序的能量差異，即原子核周圍不同電子層的能量差異，吸收或釋放電磁能量。電磁能量在這里是不連續(xù)的。當(dāng)原子從“能態(tài)”躍遷到低“能態(tài)”時(shí)，會(huì)釋放電磁波。這種電磁波的特征頻率是不連續(xù)的，也稱為共振頻率。同一原子的共振頻率是一定的——比如銫133的共振頻率是每秒9192631770周。因此，銫原子被用作節(jié)拍器來保持高度精確的時(shí)間。

20世紀(jì)30年代，拉比和他的學(xué)生在哥倫比亞大學(xué)的實(shí)驗(yàn)室里研究原子和原子核的基本特性。正是在這里，他們依靠這個(gè)原子鐘邁出了制造時(shí)鐘的寶貴的第一步。在研究過程中，拉比發(fā)明了一種叫做磁共振的技術(shù)。利用這項(xiàng)技術(shù)，他可以測(cè)量原子的自然共振頻率。他還獲得了1944年的諾貝爾獎(jiǎng)。同年，他首次提出“要討論這樣一個(gè)想法”(正如他的學(xué)生所說)，即這些共振頻率的精度很高，可以用來制作高精度的鐘表。他還特別提出利用原子的所謂“超精細(xì)躍遷”的頻率。這種超精細(xì)躍遷指的是原子核和電子之間不同的磁相互作用引起的兩個(gè)具有微妙能量差異的狀態(tài)之間的躍遷。

在這個(gè)鐘里，處于特定“超精細(xì)狀態(tài)”的原子束穿過振蕩電磁場(chǎng)。當(dāng)原子的超精細(xì)躍遷頻率越接近磁場(chǎng)的振蕩頻率時(shí)，原子從磁場(chǎng)中吸收的能量越多，導(dǎo)致原子從原來的超精細(xì)態(tài)躍遷到統(tǒng)一態(tài)。通過反饋回路，人們可以調(diào)整振蕩場(chǎng)的頻率，直到所有的原子都完成躍遷。時(shí)鐘是一種節(jié)拍器，它利用振蕩場(chǎng)的頻率，即與原子共振頻率完全相同的頻率，來產(chǎn)生時(shí)間脈沖。

人們?cè)谌粘Ｉ钪校貏e是在生產(chǎn)和科研中，需要知道準(zhǔn)確的時(shí)間。通常精度高的人使用的鐘表每年都會(huì)有1分鐘左右的誤差，對(duì)日常生活沒有影響，但在要求高的生產(chǎn)和科研中需要更精確的計(jì)時(shí)工具。目前世界上最精確的計(jì)時(shí)工具是原子鐘，出現(xiàn)于20世紀(jì)50年代。原子鐘利用原子吸收或釋放能量到時(shí)間時(shí)發(fā)出的電磁波。因?yàn)檫@種電磁波非常穩(wěn)定，由一系列精密儀器控制，所以原子鐘的計(jì)時(shí)可以非常準(zhǔn)確。現(xiàn)在原子鐘使用的元素包括氫、銫(Se)、銣(r)等。原子鐘的精度可以達(dá)到每一百萬年一秒。這為天文、航海、航天提供了強(qiáng)有力的保障。