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脈沖星是世界上最準确的時鐘

生活更新时间:2024-12-23 12:17:20

脈沖星是世界上最準确的時鐘（美國研制出迄今為止最精确的時鐘）1

美國研制出最精确時鐘

美國科學家已經研究出了迄今為止最精确的時鐘，它們使用量子氣體計時。

說聲“你好”隻要一秒的時間，每秒鐘會發生很多事情。

每秒鐘，地球有761噸二氧化碳排放到地球的大氣層；每秒鐘，光子跑了30萬公裡。

一秒鐘究竟有多長時間？物理學家苦苦追尋這個問題的答案。德國數學家卡爾·弗裡德裡希·高斯（1777 – 1855）提出，一秒鐘是一個太陽日的86400分之一。

直到20世紀50年代，科學家們才知道，地球運動存在不規則性，高斯對秒的定義不夠精确。

1967年，第13屆量度大會（CGPM）将秒定義為“不受外場幹擾的铯-133的原子基态的兩個超精細結構能級間躍遷所對應的輻射的9,192,631,770個周期的持續時間。”，簡而言之，一秒就是铯-133原子在兩個能态之間轉變的時間。

量子氣體鐘

這種3D量子氣體原子鐘由三對激光光束形成一個網格。不同顔色的多個激光器用來冷卻原子，将原子困在光格當中，并探測它們的時鐘振蕩。将大量的原子完全固定，這種立方量子氣體時鐘設置值稱為“質量因子”（quality factor），它們能夠的測量時間精度。這套時鐘在非常長的時間内保持純淨穩定的運行，從而達到更高的計時精度。

脈沖星是世界上最準确的時鐘（美國研制出迄今為止最精确的時鐘）2

費米氣體

該技術的核心是一種不尋常的物質狀态，稱為“費米氣體”（Fermi gas，費米粒子的量子氣體），由美國科學家Deborah Jin于1999首次提出。量子氣體的使用可以使所有原子的性質第一次量子化，或者限制為特定的數值。三維量子氣體鐘最重要的潛力是放大了原子序數的能力，這将導緻穩定性的巨大提升。

之前的原子鐘把每一個原子看作一個單獨的量子粒子，原子間的相互作用會造成測量問題。三維量子氣體鐘有效地避免了原子之間的相互作用。由于原子數大，相幹時間長，新的3D量子氣體原子鐘可以達到比之前1D原子鐘20倍以上的精度。

科學界不遺餘力的提高原子鐘的精确度是有原因的，因為原子鐘來一直在推動測量科學的發展，不僅在計時和導航方面，而且在其他測量領域，原子鐘都是必需的工具，尋找宇宙中的“暗物質”也離不開原子鐘。

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