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光钟

发布时间:2013-11-21 18:10:50 点击浏览:
 时间和授时系统是人类文明发展中的一个重要组成部分, 很难想象如果没有了钟、手表或者手机来告诉我们时间,我们的生活将会怎样? 在现行的国际单位制(SI)的7个基本单位中,时间的定义和测量是最早的,也是目前测量精度最高的。
 一个物理量的测量准确度最终取决于其测量标准的准确度。时间频率利用量子频标作为测量标准,而量子频标则是利用原子不同能级之间跃迁所发射或吸收的电磁波频率来作为标准,由于微观量子态的跃迁具有稳定不变的周期,从而使得时间频率具有较高的准确度与稳定度。量子频标或者叫原子钟,是当代第一个基于微观量子力学原理做成的计量标准。
 自1955年世界上第一台原子钟诞生以来,其准确度和稳定度不断提高。用于量子频标的理想粒子, 应该是完全孤立的、不受外界干扰的、在自由空间静止的粒子,但由于原子热运动及相互间的作用引起的谱线增宽,若想获得更准确的时钟,必须使用光学频率标准。光钟,是以原子分子在光学波段的跃迁频率(10-14~10-15Hz) 为标准的频率标准,把参考频率从微波频率上升到光学频率,可以把时间分割的精细度提高105。目前,美国NIST已经研制成功 光钟,17亿年不差1s, 折合准确度约为1.865×10-18。
 时间精确测量与国防、科技、民生等方面息息相关。将长度、温度、电压等物理量转换成频率量,即时间的倒数来进行测量,这样就可以提高其它物理量的精确度。理论上所有物理量都能通过时间频率来进行测量,所有计量单位都可以通过时间频率来定义和导出,从而使所有物理量都统一于时间频率,这会大大提高各种物理量的测量精确度。由于时间频率基准具有最高的准确度,对基准影响因素的研究往往涉及物理学的前沿,因为测量精度的细微提高,常预示着新的物理发现,能推动整个物理学的前进,物理学史上有11个诺贝尔物理学奖都与建立时间频率标准有关。时间频率信号涉及国家安全命脉,可以利用局部停播、伪造误码和加载噪声等手段迷惑与打击敌人,实现战略和战术目标,还可以通过发播不同信息码以限制民用用户得到高精度的时间频率信号。因此,精密的时间信号的使用绝不止是一般的计量问题,而是密切关系到国家机密、国防事务等方面。
 从全球定位系统(GPS)到国际守时标准,以量子技术为基础的光钟对时间频率的测量能力目前已初现端倪, 至于其未来的全部应用也许目前我们还无法全部预计。但是科学的发展一再表明时间频率测量精度每提高一个量级, 人们对世界的认识就深入一步。光钟作为最新、最有力的时间频率科学研究平台,将更好地推动基础科学的研究和发展。
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