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比原子钟外围买球更精确的是?

作者:ahao11    来源:网络    发布时间:2021-06-15 15:47    浏览量:
当太阳从东方升起,在西方落下时,人们学会在地上竖起一根木棍,通过测量影子的长度来读出时间。这是原来的钟,也叫日晷钟。后来人们在日本规定的基础上发展出了更为精致的日晷。后来,水钟和摆锤的出现使得计时不再那么依赖于天然阳光。

现在原子的振荡是科学家目前能观测到的最稳定的周期事件,原子钟已经成为世界上最精确的计时器,其稳定性甚至超过了自然行星系统的运转。今天最精确的光学原子钟几乎可以精确到十分之一。换句话说,如果从BIGBANG开始一直运行,误差不会超过一秒。

核钟的艺术家畅想图。| 图片来源:P. G. Thirolf et al., Ann. Phys. 531, 1800381 (2019)艺术家对核钟的想象。|图片来源:P.G. Thirolf等人,Ann。物理531,1800381 (2019)然而,科学家们并没有止步于此,他们正在努力使时钟比原子钟更精确。它被称为核钟,甚至可能成为有史以来最精确的计时器。估计它的精度可以达到原子钟的10倍。物理学家认为,随着时钟精度的不断提高,他们可以帮助探索更多的问题,并将探索的目光推向极端边缘。

原子钟利用电子向时间的能量跃迁。根据量子物理学,原子中的电子只能在特定的能级上携带一定的能量。为了使原子中的电子从一个能级到达另一个能级,有必要用适当频率的激光照射原子。这个频率,也就是光的电磁波的振荡速率,可以作为一个非常精确的计时器。

原子中的电子及其能级简化示意图。| 图片来源:岳岳 / 原理原子中电子及其能级的简化示意图。|图片来源:PINKRAY /Principle就像原子中的电子,原子核中的质子和中子也占据不连续的能级。但不同的是,原子核受到强大的核力,将质子和中子牢牢地束缚在一起。

原则上,物理学家可以利用原子核的物理性质来制造全新的核钟。核钟可以通过核能级之间的跃迁来计时,而不是通过电子能级的跃迁来计时。值得注意的是,由于原子核比原子的电子层小得多,所以对外界扰动不太敏感。原子核可以抵抗杂散电场或磁场的影响,杂散电场或磁场会干扰原子钟。因此,一些物理学家认为核钟更稳定、更精确。

但问题是,如果要用原子核来计时,就需要刺激原子核之间的跃迁。科学家们知道,对于大多数原子核来说,激光可能“超出了它们的能力”,这需要比激光能量更高的光。幸运的是,在所有已知的原子核中,物理学家发现了一个例外,那就是一个“怪胎”:在钍-229中,有一对相邻的能级足够接近,激光可能会引发跃迁。

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