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交大原子钟:准确时间的守护者

1年前 (2023-06-08)原子钟科普236

  近年来,世界各地科技飞速发展,各种新技术层出不穷。而在上海交通大学,也有一项技术,这项技术被称为“原子钟”,它不仅是一种科技,更是一种对准确时间的守护。

  

1、什么是交大原子钟?

如果说,你现在跳到未来的10年,最可能的发现之一就是地球的时间早已经和你在未来的时间不再一致。因为当你从21世纪跨越到未来的时候,由于各种因素的影响,地球的时间已经逐渐滞后于国际标准时间,如何解决这一问题呢?这时候,就需要一个非常准确的钟。

交大原子钟:准确时间的守护者

  上海交通大学物理与天文系钱江源副教授介绍,交大原子钟是一种可以精确测量时间的设备,它与国际原子钟哥德堡原子钟等同。交大原子钟基于铷的超精细结构实现了高稳定度的频率振荡。交大原子钟创造的最高稳定度为3年1秒误差。

  那么它是如何精准测量时间的呢?交大原子钟是通过铷原子的核自旋与电子自旋相互作用,使得铷原子发射微波辐射的频率非常恒定,这样的频率可以作为时间的度量标准。因此,交大原子钟被称为“衡量世界的根本”。

  

2、交大原子钟的研究历程

交大原子钟的研究起源于上世纪50年代,但由于技术等各种因素,这项技术只有在21世纪才开始真正被市场化运作。而在这50多年的研发中,交大原子钟的研究者们不断探索先进的技术研究,逐步实现了这一设备的从无到有。

  最初的交大原子钟是由原子物理学家孔令杰教授、翟凤至教授、李桂斌副教授等人进行研发,最初的原子钟是由高频共振技术驱动,稳定度达到了10的-15次方,即1秒钟误差只有1微秒。之后,受高温环境强烈干扰的影响,交大原子钟的调控方式又升级到了铷样品的磁约束技术,该技术成功支持了2018年中国天宫二号卫星的航天任务,使得铷原子钟体积更小、质量更轻、使用更便捷。

  尽管经历了多年的技术升级,在铷原子钟取代氢原子钟的时代,交大原子钟一直处于国际前沿水平。

  

3、交大原子钟的应用

交大原子钟的应用范围广泛。它可以为许多需要精确时间测量的领域提供依据。例如,金融领域的高精度交易、导航系统、航空航天、国防等领域都需要精确时间的支持。

  其中,在卫星导航中,交大原子钟主导着中国自主导航卫星的开发。在天舟、嫦娥、探月、北斗等领域均得到广泛应用。

  此外,在现代成像技术领域,交大原子钟也可以用于同步光信号及时序控制精度的提高。

  

4、交大原子钟的未来展望

随着技术的不断提升,交大原子钟也有望在更多领域发挥更广泛的作用。根据物理与天文系钱江源副教授介绍,未来,交大原子钟将更加注重其核心技术的开发和研究,以实现更高精度的时间测量。

  同时,交大原子钟也将进一步推进卫星导航技术的发展,为人类探索更加广阔的宇宙空间提供时间保障。它还将在精密制造、金融、通讯等领域发挥更加广泛的作用。

  综上所述,交大原子钟是一项以铷原子的核自旋与电子自旋相互作用为基础的时间测量设备,具有高稳定度、精度强等优点。它的研究历程经历了数十年的时间,不断地飞跃着新的高峰。未来,随着科技的不断提升,它还将在更多领域发挥着重要的作用。

  因此,交大原子钟不仅是一种科技,更是对准确时间的守护。

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