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下一个光学原子钟芯片比咖啡豆还小

科普小知识2021-08-09 20:03:14
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我们大多数人相信时间是自然存在的。然而,对于科学和技术中的一些应用,毫秒精度可以创造一个不同的世界。这种精度需要原子钟,国家标准和技术研究所(NIST)开发了一种比咖啡豆还小的光学原子钟芯片。

原子钟使用原子在特定条件下发出的信号作为一秒钟的基础。今天,大多数原子钟使用铯原子的自然振动来测量微波频率,这是目前国际上对秒的定义的基础。然而,使用振荡器的微波频率通常需要初始校准,并且随着时间的推移会产生不一致的频率,从而导致定时误差。相比之下,光学原子钟可以在更高的频率下工作,将时间分成更小的单位,从而提高时钟的“品质因数”。然而,目前,光学原子钟通常又大又复杂。

国家标准和技术研究所(NIST)正在开发一种更小的解决方案,利用芯片上的蒸汽电池来测量铷而不是铯的活性。铷原子目前正在作为未来频率标准的潜在替代品进行研究。NIST的光学原子钟只需要大约275毫瓦的空间和功率。该研究所预测,这种新芯片可以制造出和手持设备一样大的时钟。这可能使它非常适合在学校和大学之外使用。它也可能是导航系统上的计时装置,甚至是卫星上的备用时钟。卫星上的原子钟几乎无法维护,而且功耗要求也非常严格。

下一个光学原子钟芯片比咖啡豆还小