滴答计数器,滴答计时器

大家好，今天小编关注到一个比较有意思的话题，就是关于滴答计数器的问题，于是小编就整理了1个相关介绍滴答计数器的解答，让我们一起看看吧。

1. 原子钟精度高，那它以什么为标准来衡量的？

原子钟精度高，那它以什么为标准来衡量的？

科学家正视图寻找测量时间的更准确方法。最近由美国国家标准与技术研究院（NIST）开展的测试中，实验性原子钟在三个指标上刷新了历史性能记录，意味着可以帮助人类更精准地测量地球的引力，以及检测难以捉摸的暗物质。

NIST时钟由1000个镱原子（ytterbium atoms）组成，悬浮在激光束网格中。这些激光每秒“滴答”数万亿次，并反过来让这些原子像节拍器一样在两个能量级别上来回闪烁。通过对这些原子的测量可确保原子钟时间的精准性，在某些情况下每3亿年误差1秒钟。

但这种误差仍有改善的空间。NIST通过为这些设备增加热屏蔽和电屏蔽。通过对比两个实验性原子钟，NIST科学家发现这些设备在系统不确定性（systematic uncertainty）、稳定性（stability）和可重复性（reproducibility）三个指标中达到新的记录。

系统不确定性指的是时钟的刻度与其内部原子的自然振动的匹配程度。根据团队的说法，原子钟在一个五分之一的误差范围内是正确的（10的18次方）。稳定性衡量时钟嘀嗒声随时间变化的程度。在这种情况下，NIST时钟在一天中在1019（10的19次方）中稳定在3.2个部分内。最后，通过比较两个原子钟保持同步的程度来衡量可重复性。检查两个时钟10次，团队发现他们的滴答频率差异在几分之内。

精准度的新高度，意味着原子钟可以帮助我们比以往更精确地测量重力。由于目前已知的重力会扭曲时间的流逝（在太空中的原子钟速度要比地面慢），因此全新的原子钟可以通过测量时间来反向测量重力。

此外更精准的原子钟还能帮助测量地球的引力形状，精确到1厘米范围以内，比当前最好技术精确数倍。原子钟还可以帮助探测引力波，引力波是由宇宙大灾变引起的时空结构中的涟漪。它们甚至可以帮助寻找暗物质，而暗物质迄今仅通过其引力相互作用而闻名。

原子钟以原子能级之间的跃迁作为标准来衡量。根据量子力学，原子核外的电子会按照能级排列，即电子不同轨道和自旋角动量的波函数按照薛定谔方程会呈现能量不同的分布状态。一个原子最外层那个电子最容易发生跃迁，一般是基态到第一激发态的跃迁。根据海森堡不确定关系，基态的寿命是（几乎）无限长的，所以能级宽度几乎无限窄。但是激发态的寿命是有限的，因为会受到光场（电磁场）的真空态扰动产生自发辐射，所以能级宽度是有限的。这个能级宽度决定了原子钟有多准。

举例来说，如果激发态能级宽度有1kHz*h，而它距离基态的能量差有1GHz*h，h为普朗克常数，那么用这个能级做原子钟只能做到10的负6。两种办法可以提高原子钟精度，一个是寻找更窄的能级宽度，另一个是寻找距离基态能量差更大的激发态。

目前广泛使用的铯种，氢钟就是微波原子钟，其激发态距离基态能量差都在GHz*h量级，但是激发态寿命很长，可以看做另一个基态，宽度很小，所以这些钟的精度可以做到10的负15，再小就会受到微波器件本身限制无法突破了。

所以目前全世界原子钟的研究热点是光钟，也就是把这个能量差提高到可见光频率*h，可见光频率在10的15次方Hz量级，而选取的激发态能级可以到mHz量级，所以跃迁频率的精度可以做到10的负18次方量级。把一个窄线宽激光锁在这个跃迁频率上，就可以让输出的激光频率不确定度到10的负18次方水平，通过光频梳手段（2005年诺贝尔物理学奖成果）转换成时间，就是一秒钟只差10的负18次方秒，即10的18次方秒只差1秒。而宇宙的年龄约138亿年，只有约10的17次方秒。也就是整个宇宙年龄只差0.1秒的精度。2014年美国JILA实验室的叶军小组已经做到了这个精度。

原子钟是通过特定原子的核外电子能级跃迁时所吸收和释放的电磁波频率振动周期来计量时间的。

由于原子核外电子的不同排布，不同能级轨道间的能量差不同，电子在不同能级轨道间跃迁所吸收和释放的电磁波频率也不同，但是同一种原子在同一能级轨道间跃迁产生的电磁波频率是固定的。因此，人们可以选择特定原子的一个超精细能级的细微能量差状态之间跃迁作为计量。这种超精细能级跃迁具有固定的振动周期，也就是说它的频率是固定的，这就是它的共振频率。

当使之通过与其共振频率接近的振荡电磁场，原子就会吸收电磁场的能量，完成超精细能级的跃迁。振荡电磁场的振荡频率与原子共振频率越接近，就会有越多的原子产生跃迁，通过通过精密调整振荡电磁场的频率使之与原子共振频率完全相同，即可让所有原子完成跃迁，而此时产生该振荡电磁场的振荡器即可作为计数器，得到该原子的振动周期，也就是该原子的共振频率。而这个该原子的共振频率是固定的，也就可以作为时间计量的刻度。

比如目前国际通用的铯原子钟所使用的铯同位素铯133的共振频率是9192631770Hz，也就是每秒振动9192631770次，所以铯原子钟就是以计数器记录振动9192631770次作为1秒。目前世界各国主要都是通过铯原子钟所得到的时间作为标准时间。

而在实验室里，这个时间计量精度在不断刷新。比如2008年的锶原子钟，使用锶87，共振频率达到429228004229873Hz。到2013年，镱元素制造的镱原子钟被制造出来，每秒振动518万亿次，比之前的锶原子钟还要高，报道中声称精度达到宇宙诞生至今误差不超过1秒。。。。

到此，以上就是小编对于滴答计数器的问题就介绍到这了，希望介绍关于滴答计数器的1点解答对大家有用。

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