2025年高考地球上最好的鐘

　　地球上最好的鐘

　　物理學(xué)家制備了一個(gè)1米高的冷銫原子“噴泉”，它可以用來(lái)制造最精確的鐘。6月7日出版的《物理評(píng)論快報(bào)》介紹說(shuō)，新的“鐘”將比其它已知的任何精確記時(shí)計(jì)精確10倍以上。

　　銫原子軌道上的電子就像微小的磁鐵：都有北極和南極。當(dāng)兩個(gè)電子的磁性取向或者說(shuō)自旋取向一致時(shí)，它們也會(huì)像兩塊普通的磁鐵一樣相互排斥，整個(gè)能量也因此升高。但是它們與日常生活中的磁鐵有不同之處。量子力學(xué)要求，在一個(gè)原子的同一軌道上繞著原子核運(yùn)動(dòng)的兩個(gè)電子要么取向完全一致，要么完全不一致，不會(huì)出現(xiàn)介于這二者之間的情況。量子法則還指出，要把一個(gè)電子激發(fā)到較高能態(tài)，也就是使它與另外一個(gè)電子磁性取向一致，所需的光的頻率與能態(tài)間的能差成正比。

　　傳統(tǒng)的原子鐘的工作原理是調(diào)諧微波，直到微波在合適的頻率激發(fā)銫原子束中的自旋。這使其提供了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的頻率，并可轉(zhuǎn)變?yōu)檩^低的頻率，以此測(cè)試時(shí)間。但原子束中的原子與微波的作用時(shí)間非常短暫，這局限了微波和原子作用所能達(dá)到的精度。

　　巴黎天文臺(tái)的物理學(xué)家AndreClairon領(lǐng)導(dǎo)的研究組大大延長(zhǎng)了微波和原子相互作用的時(shí)間。他們用兩束激光，將含有60萬(wàn)個(gè)原子的單個(gè)銫原子“球”發(fā)射到真空中。原子在緩慢的升降過(guò)程中與微波作用兩次，時(shí)間相隔半秒。通過(guò)調(diào)諧微波的頻率使球中的所有原子被激發(fā)，光的頻率可以幾乎保持為9千兆赫的常數(shù)。Clairon的研究組比較了微波和氫激光以及其它三個(gè)獨(dú)立的銫原子噴泉中微波的頻率后，證實(shí)了這一點(diǎn)。

　　耶魯大學(xué)的物理學(xué)家KurtGibble說(shuō)Clairon的發(fā)明非常精確，惟一的局限在于原子本身固有的量子不確定性。Gibble解釋說(shuō)，球中原子發(fā)生碰撞，變換到激發(fā)原子所需的頻率，從而引起了這種不確定性。他補(bǔ)充說(shuō)，“但仍然存在一些技巧”來(lái)提高精度。Gibble預(yù)計(jì)新的“變戲法似的噴泉”，即在空中保留30個(gè)球并將其結(jié)果平均，在一年內(nèi)將會(huì)把精度較單個(gè)噴泉提高10倍。

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