第524章 原子钟的原理（2 / 2）

要知道，原子由中心的原子核及在核外沿特定轨道运行的电子组成。每个电子都有属于自己固定的飞行轨道，当最外层电子从一个轨道跳变到另一个轨道时，能量就会发生改变，需要吸收或释放电磁波。

这个电磁波有一个确定的频率，而且非常稳定。根据现在电子表原理，只要我们掌握了某种原子超精细能级之间所对应的电磁振荡频率，就可用来精确计时了。所以，科学家用原子作节拍器，保持时间的高精度。

而如何利用这个稳定的电磁波作为时间计量的钟呢！

早期的科研工作者们针对不同原子，研究出了不同对策。对于导航卫星上装载的铷原子钟，首先将铷原子团“囚禁”在一个密闭的真空气室里，并用波长七百八十纳米的光照射它，铷原子的最外层电子吸收光场的能量，跳变到另一个轨道，并自辐射到第三个轨道。

当所有铷原子都完成这一步骤后，便不再吸收光子，也无法观察到原子自发辐射产生的荧光了。之后，再用一个六点八吉赫兹的微波去照射这群原子，让第三个轨道的电子重新回到第一个轨道。

这时，可观察到铷原子重新吸收七百八十纳米的光子，并自发辐射出荧光。利用观察到的荧光强弱，反馈回去纠正微波信号，就可得到高度稳定的微波频率。这就是铷原子钟的工作原理。

地面上常用于时间保持的铯原子钟，则完全采用不同策略。原子外层电子如果处在不同轨道，就会具有不同的磁矩，在非均匀磁场中，将会受到不同大小的磁力。

先将铯原子加热成气体，并让其穿过一个小孔变成铯原子束，然后再穿过一块特定的磁铁，处于不同轨道的原子就会发生不同角度的偏转。

这时，用一束九点二吉赫兹的微波去照射这些原子，让某一特定角度偏转的原子实现轨道跳变，最后再通过一个特定方向的磁铁，让发生跳变的这一部分原子刚好穿过另外一个小孔，并用传感器去探测这一部分原子的数目，将其转换成电信号，反馈回去控制微波源的频率，得到稳定频率的微波信号。

有了这些稳定频率的微波信号后，人们可通过电磁学手段，将其转变成标准频率，供科研、通信、工业等领域使用。

也可利用电磁学手段，将这个频率信号转换成一系列间隔为一秒的脉冲信号，进而变为我们熟悉的时间信号“时、分、秒”进行输出。这样，我们就拥有了一台原子钟。

随着激光等技术手段的不断成熟，除了传统的铷钟、氢钟、铯钟之外，还涌现出离子钟、冷原子喷泉钟、光钟等新型原子钟，精确度指标也在不断刷新。目前，最好的光钟精确度指标已进入十到十九量级。

虽然原子钟听起来高深莫测的原子钟，其实离人们的生活并不遥远，已融入我们的生活中。

因为除了定位导航外，原子钟还被应用到全世界的时间保持和授时服务上。

比如，我们所熟知的苝惊时间，就是整个蓝星一百五十多台原子钟共同守时并加权平均后的结果。

各种物理学常数的测定，还有电力系统、通信系统，也都离不开高精度的原子钟。

否则，电网调节时间出现偏差，可能会导致电机故障，更加严重的甚至能让电网崩溃，而各地交通体系时间有差异，可能会造成交通事故，以至于人员伤亡。

本章完