百度時鐘顯示時間，時間？

當停電后又恢復供電時，您如何知道將時鐘設置為幾點？你有沒有想過時間是如何調(diào)節(jié)的？

在美國，時間標準由美國海軍天文臺主時鐘(USNO) 規(guī)定，它是國防部的官方時間來源。這些機制的影響以鬧鐘、計算機、打錄機和會議日程表的形式被我們所有人感受到。我們將學習所有關于原子鐘的知識，以及它們?nèi)绾巫屖澜邕\轉(zhuǎn)！

如果您閱讀過GPS 接收器的工作原理，您就會知道原子鐘對系統(tǒng)極其重要。您還經(jīng)常在新時鐘的廣告中聽到原子鐘，這些時鐘會自動與科羅拉多州博爾德的原子鐘同步。原子鐘對各種科學事業(yè)也很重要。

那么讓我們從時鐘的一般概念開始。時鐘的工作是記錄時間的流逝。所有時鐘都通過計算“諧振器”的“滴答聲”來做到這一點。

在擺鐘中，諧振器是一個鐘擺，時鐘中的齒輪通過計算鐘擺的共振（來回擺動）來記錄時間。鐘擺通常以每秒擺動一次的頻率共振。數(shù)字時鐘使用電力線上的振蕩（美國每秒 60 周，歐洲每秒 50 周）或石英晶體的振蕩作為諧振器，并使用數(shù)字計數(shù)器計數(shù)。時鐘的精度取決于指定頻率下諧振器的精度。

原子鐘是使用原子的共振頻率作為其諧振器的時鐘。根據(jù)大英百科全書，諧振器“由原子或分子的量子躍遷（能量變化）發(fā)射或吸收的微波電磁輻射的頻率調(diào)節(jié)”。

這種方法的優(yōu)點是原子以極其一致的頻率共振。如果你拿任何銫原子并讓它共振，它會以與任何其他銫原子完全相同的頻率共振。銫 133 的振蕩頻率為每秒 9,192,631,770 次。這種精度與石英鐘的精度完全不同。在石英鐘中，石英晶體的制造使其振蕩頻率接近某個標準頻率；但是制造公差會導致每個晶體略有不同，溫度等因素會改變頻率。銫原子總是以相同的已知頻率共振——這就是原子鐘如此精確的原因。

如果您認為Apple Watch是最酷的計時產(chǎn)品，請三思。德國Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB)的科學家剛剛在 Physical Review Letters 雜志上發(fā)表了一篇關于歷史上最準確計時設備的論文。它大大擊敗了之前的冠軍原子鐘。事實上，新的單離子時鐘非常精確，可能迫使我們重新定義“秒”是什么。

要了解單離子鐘，就必須先了解它的前身原子鐘?？茖W家們花了很多時間觀察原子。他們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，當原子的電子在原子中從一個能級躍遷到另一個能級時，它們會做很多可預測和可檢測的事情（還記得你在學校必須畫的那些電子云嗎？）。在原子鐘中，原子被迫相對靜止，然后用已知頻率（如激光或微波）的能量發(fā)射。電子由于這種能量爆炸而移動，而時鐘會計算這些移動。時鐘通過結合兩個已知事物（電子的行為和能量爆炸的特性）來計算一個未知事物（已經(jīng)過去了多少時間）來知道過去了多少時間。

計時的準確性是通過每個“滴答”的長度與其他“滴答”的長度相匹配的精確程度來衡量的。原子鐘的計時形式非常準確，以至于我們目前對“秒”的定義來自目前最好的原子鐘——銫原子鐘?？茖W家通過他們的系統(tǒng)不確定性水平來衡量時鐘的準確性，這是一種錯誤率。

德國人的單離子鐘在這一點上擊敗了原子鐘的計時系統(tǒng)。其系統(tǒng)不確定性為 3 x 10 -18。這比銫原子鐘好 100 倍，這是自從物理學家漢斯·德梅爾特 (Hans Dehmelt) 在 1981 年表示這是可能的以來，科學家們一直在努力達到的精度。

PTB 單離子鐘使用鐿離子 Yb+，但英國和中國也有基于其他離子（如 Sr+、Ca+ 和 Al+）的單離子鐘研究項目。

在 PTB 從事光學時鐘工作的 Christian Tamm 博士通過電子郵件告訴我們，“這些離子系統(tǒng)中的每一個在精度潛力和技術復雜性方面都有其獨特的優(yōu)點和缺點?！?/span>

Tamm 補充道，“Yb+ 似乎具有挑戰(zhàn) Al+ 的高精度潛力，但也許基于 Yb+ 的時鐘更容易實現(xiàn)和優(yōu)化?！?/span>

這一發(fā)現(xiàn)比僅僅確保您準時參加下一次游泳比賽具有更大的意義。超精準的計時對GPS乃至互聯(lián)網(wǎng)都產(chǎn)生了巨大的影響。PTB希望使用它的時鐘來檢驗物理理論。

科學家們提出了一個實驗來尋找具有雙拉子相互作用的超輕標量暗物質(zhì) (DM)。在存在CP違反。超輕膨脹子 DM 充當背景場，可以在標準模型參數(shù)（例如精細結構常數(shù)和質(zhì)子-電子質(zhì)量比）中引起微小但相干的振蕩。這些微小的變化可以通過原子鐘的精確頻率比較來檢測。我們的實驗將當前對基本常數(shù)漂移的搜索擴展到動機良好的高頻區(qū)域。我們提出的設置可以探測比1個0?15??電子伏特具有發(fā)現(xiàn)雙拉子耦合的潛力1個0?11倍重力強度，將電流等效原理的界限提高了多達 8 個數(shù)量級。我們指出潛力1個04個未來光學和核鐘的靈敏度增強，以及引力波探測器中可能的特征。最后，我們討論了超輕標量 DM 的宇宙學約束和天體物理學提示，并表明它們與我們提議的實驗室實驗可訪問的參數(shù)范圍互補并兼容。