回覆列表
-
1 # 老王眼中的娛樂
-
2 # 利他渡我
原子鐘的工作原理每一個原子都有自己的特徵振動頻率。人們最熟悉的振動頻率現象就是當食鹽被噴灑到火焰上時食鹽中的元素鈉所發出的桔紅色的光。
一個原子具有多種振動頻率，一些位於無線電波波段，一些位於可見光波段，而另一些則處在兩者之間。
銫133則被普遍地選用作原子鐘。將銫原子共振子置於原子鐘內，需要測量其中一種的躍遷頻率。通常是採用鎖定晶體振盪器到銫原子的主要微波諧振來實現。
這一信號處於無線電的微波頻譜範圍內，並恰巧與廣播衛星的發射頻率相似，因此工程師們對製造這一頻譜的儀器十分在行。
為了製造原子鐘，銫原子會被加熱至汽化，並通過一個真空管。
在這一過程中，首先銫原子氣要通過一個用來選擇合適的能量狀態原子的磁場，然後通過一個強烈的微波場。
微波能量的頻率在一個很窄的頻率範圍內震蕩，以使得在每一個循環中一些頻率點可以達到9,192,631,770Hz。
精確的晶體振盪器所產生的微波的頻率範圍已經接近於這一精確頻率。
當一個銫原子接收到正確頻率的微波能量時，能量狀態將會發生相應改變。
在更遠的真空管的盡頭，另一個磁場將那些由於微波場在正確的頻率上而已經改變能量狀態的銫原子分離出來。
在真空管盡頭的探測器將打擊在其上的銫原子呈比例的顯示出，並在處在正確頻率的微波場處呈現峰值。
這一峰值被用來對產生的晶體振盪器作微小的修正，並使得微波場正好處在正確的頻率。
這一鎖定的頻率被9,192,631,770除，得到常見的現實世界需要的每秒一個脈衝
根據原子物理學的基本原理，原子是按照不同電子排列順序的能量差，也就是圍繞在原子核周圍不同電子層的能量差，來吸收或釋放電磁能量的。這裡電磁能量是不連續的。當原子從一個"能量態"躍遷至低的"能量態"時，它便會釋放電磁波。這種電磁波特徵頻率是不連續的，這也就是人們所說的共振頻率。同一種原子的共振頻率是一定的-例如銫133的共振頻率為9 192 631 770Hz。因此銫原子便用作一種節拍器來保持高度精確的時間。