原子钟原理 原子钟的原理介绍？
原子钟的原理介绍？
原子钟，最初是物理学家为了探索宇宙的本质而创造的；他们从来没有想过这项技术有一天可以应用到全球导航系统中。
根据量子物理的基本原理，原子根据不同电子排列顺序的能量差异，即原子核周围不同电子层的能量差异，吸收或释放电磁能量。电磁能量在这里是不连续的。当原子从“能态”跃迁到低“能态”时，会释放电磁波。这种电磁波的特征频率是不连续的，也称为共振频率。同一原子的共振频率是一定的——比如铯133的共振频率是每秒9192631770周。因此，铯原子被用作节拍器来保持高度精确的时间。
20世纪30年代，拉比和他的学生在哥伦比亚大学的实验室里研究原子和原子核的基本特性。正是在这里，他们依靠这个原子钟迈出了制造时钟的宝贵的第一步。在研究过程中，拉比发明了一种叫做磁共振的技术。利用这项技术，他可以测量原子的自然共振频率。他还获得了1944年的诺贝尔奖。同年，他首次提出“要讨论这样一个想法”(正如他的学生所说)，即这些共振频率的精度很高，可以用来制作高精度的钟表。他还特别提出利用原子的所谓“超精细跃迁”的频率。这种超精细跃迁指的是原子核和电子之间不同的磁相互作用引起的两个具有微妙能量差异的状态之间的跃迁。
在这个钟里，处于特定“超精细状态”的原子束穿过振荡电磁场。当原子的超精细跃迁频率越接近磁场的振荡频率时，原子从磁场中吸收的能量越多，导致原子从原来的超精细态跃迁到统一态。通过反馈回路，人们可以调整振荡场的频率，直到所有的原子都完成跃迁。时钟是一种节拍器，它利用振荡场的频率，即与原子共振频率完全相同的频率，来产生时间脉冲。
人们在日常生活中，特别是在生产和科研中，需要知道准确的时间。通常精度高的人使用的钟表每年都会有1分钟左右的误差，对日常生活没有影响，但在要求高的生产和科研中需要更精确的计时工具。目前世界上最精确的计时工具是原子钟，出现于20世纪50年代。原子钟利用原子吸收或释放能量到时间时发出的电磁波。因为这种电磁波非常稳定，由一系列精密仪器控制，所以原子钟的计时可以非常准确。现在原子钟使用的元素包括氢、铯(Se)、铷(r)等。原子钟的精度可以达到每一百万年一秒。这为天文、航海、航天提供了强有力的保障。
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