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秒定義的來由

  • 時間:2022-11-24
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01

基本原理

每一個原子都有自己的特征振動頻率。人們最熟悉的振動頻率現象就是當食鹽被噴灑到火焰上時食鹽中的元素鈉所發出的桔紅色的光。一個原子具有多種振動頻率,一些位于無線電波波段,一些位于可見光波段,而另一些則處在兩者之間。銫133則被普遍地選用作原子鐘。將銫原子共振子置于原子鐘內,需要測量其中一種的躍遷頻率。通常是采用鎖定晶體振蕩器到銫原子的主要微波諧振來實現。這一信號處于無線電的微波頻譜范圍內。

02

過程

為了制造原子鐘,銫原子會被加熱至汽化,并通過一個真空管。在這一過程中,首先銫原子氣要通過一個用來選擇合適的能量狀態原子的磁場,然后通過一個強烈的微波場。微波能量的頻率在一個很窄的頻率范圍內震蕩,以使得在每一個循環中一些頻率點可以達到9,192,631,770Hz。
精確的晶體振蕩器所產生的微波的頻率范圍已經接近于這一精確頻率。當一個銫原子接收到正確頻率的微波能量時,能量狀態將會發生相應改變。
在更遠的真空管的盡頭,另一個磁場將那些由于微波場在正確的頻率上而已經改變能量狀態的銫原子分離出來。在真空管盡頭的探測器將打擊在其上的銫原子呈比例的顯示出,并在處在正確頻率的微波場處呈現峰值。這一峰值被用來對產生的晶體振蕩器作微小的修正,并使得微波場正好處在正確的頻率。
這一鎖定的頻率被9,192,631,770除,得到常見的現實世界需要的每秒一個脈沖。

03

秒的定義

時間單位秒是國際單位制中時間的基本單位,符號是s。有時也會借用英文縮寫標示為sec.。秒的定義:銫133原子基態的兩個超精細能階間躍遷對應輻射的9,192,631,770個周期的持續時間。
這個定義提到的銫原子必須在絕對零度時是靜止的,而且在地面上的環境是零磁場。

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文章標簽 振動頻率、共振
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