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。當原子從“能態(tài)”躍遷到低“能態(tài)”時，會釋放電磁波。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間。

20世紀30年代，拉比和他的學(xué)生在哥倫比亞大學(xué)的實驗室里研究原子和原子核的基本特性。正是在這里，他們依靠這個原子鐘邁出了制造時鐘的寶貴的第一步。在研究過程中，拉比發(fā)明了一種叫做磁共振的技術(shù)。利用這項技術(shù)，他可以測量原子的自然共振頻率。他還獲得了1944年的諾貝爾獎。同年，他首次提出“要討論這樣一個想法”(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“超精細躍遷”的頻率。這種超精細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具有微妙能量差異的狀態(tài)之間的躍遷。

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

人們在日常生活中，特別是在生產(chǎn)和科研中，需要知道準確的時間。通常精度高的人使用的鐘表每年都會有1分鐘左右的誤差，對日常生活沒有影響，但在要求高的生產(chǎn)和科研中需要更精確的計時工具。目前世界上最精確的計時工具是原子鐘，出現(xiàn)于20世紀50年代。原子鐘利用原子吸收或釋放能量到時間時發(fā)出的電磁波。因為這種電磁波非常穩(wěn)定，由一系列精密儀器控制，所以原子鐘的計時可以非常準確?，F(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到每一百萬年一秒。這為天文、航海、航天提供了強有力的保障。