原子鐘是世界上已知最準確的時間測量和頻率標準，也是國際時間和頻率轉換的基準，用來控制電視廣播和全球定位系統衛星的訊號。

　　美國國家標準與技術研究所研究人員在8月22號宣布，他們成功研制出迄今最精確的原子鐘。此前，人類已經發明并使用的原子鐘有三種，銫原子鐘、氫原子鐘、銣原子鐘，其中最精確的是銫原子鐘，GPS衛星系統采用的就是銫原子鐘。而在2010年2月，美國國家標準局研制的鋁離子光鐘達到37億年誤差不超過1秒的驚人水平，成為世界上最準的原子鐘。

　　此次，美國國家標準與技術研究所發布的最新的原子鐘則是鐿原子鐘，論文共同作者、物理學家安德魯·拉德洛說：“鐿原子鐘的穩定性打開了通向許多令人激動的高性能計時實踐應用的大門”。

　　研究人員稱，他們研制出的原子鐘，如果從宇宙誕生之初就開始“滴答滴答”走動，到今天也不會發生1秒的誤差。

　　根據原子物理學的基本原理，原子是按照不同電子排列順序的能量差，也就是圍繞在原子核周圍不同電子層的能量差，來吸收或釋放電磁能量的。這里電磁能量是不連續的。當原子從一個“能量態”躍遷至低的“能量態”時，它便會釋放電磁波。這種電磁波特征頻率是不連續的，這也就是人們所說的共振頻率。同一種原子的共振頻率是一定的，例如銫133的共振頻率為每秒91億9263萬1770周。因此銫原子便用作一種節拍器來保持高度精確的時間。

　　實際上，直到上世紀20年代，人類最精確的時鐘還是依賴于鐘擺的有規則擺動。取代它們的更為精確的時鐘是基于石英晶體有規則振動而制造的，這種時鐘的誤差每天不大于千分之一秒。即使如此精確，但它仍不能滿足科學家們研究愛因斯坦引力論的需要。根據愛因斯坦的理論，在引力場內，空間和時間都會彎曲。那么如果在珠穆朗瑪峰頂部的時鐘，會比海平面處完全相同的一個時鐘平均每天快三千萬分之一秒。所以精確測定時間的唯一辦法只能是通過原子本身的微小振動來控制計時鐘。

　　上世紀30年代，美國哥倫比亞大學實驗室的拉比和他的學生在研究原子及其原子核的基本性質，依靠原子計時器在制造時鐘方面取得了實質性進展。

　　在拉比設想的時鐘里，處于某一特定的超精細態的一束原子穿過一個振動電磁場，場的振動頻率與原子超精細躍遷頻率越接近，原子從電磁場吸收的能量就會越多，并因此而經歷從原先的超精細態到另一態的躍遷。反饋回路可調節振動場的頻率，直到所有原子均能躍遷。原子鐘就是利用振動場的頻率作為節拍器來產生時間脈沖，目前，振動場頻率與原子共振頻率已達到完全同步的水平。

　　1949年，拉比的學生拉姆齊提出，使原子兩次穿過振動電磁場，其結果可使時鐘更加精確。1989年，拉姆齊因此而獲得了諾貝爾獎。

　　二戰后，美國國家標準局（美國國家標準與技術研究所前身）和英國國家物理實驗室都宣布，要以原子共振研究為基礎來確定原子時間的標準。

　　世界上第一座原子鐘建于1949年，位于美國的國家標準局（美國國家標準與技術研究所前身）。第一座準確的原子鐘于1955年建造，位于英國國家物理實驗室。1967年，第十三屆國際度量衡會議采用銫133原子鐘所發出特定波長的頻率，作為秒的基準依據。將原子鐘某特定波長所發出的光振動 9192631770 次所經過的時間，定義為一秒。原子鐘相當穩定，不易受環境變化影響。

　　美國國家標準與技術研究所研究人員說，最新研制出的鐿原子鐘的精度達10的18次方，比此前最精確的原子鐘提高了10倍的精度。這樣的原子鐘有望在要求有穩定時間信號的領域派上用場，包括互聯網、金融系統還有導航定位系統等

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