改变微波频率即可获得原子钟的谱线Ramsey条纹下载一款移动客户端超高精度空间冷原子钟，这是一台什么“钟”？它正在“天宫二号”空间实践中饰演着什么脚色？又将对咱们的糊口发作什么影响呢？悉数还得从长远长远以前说起……

　　正在人类文雅先进和科学时间生长的汗青长河中，人类勾当所带来的社会需求与时分衡量的精度是密不行分的。长远长远以前，咱们的祖宗记实时分是应用天体的周期性运动。他们日出而作，日落而息，通过瞻仰自然形象，比方太阳和月亮相对我方的地点等来吞吐的界说时分，云云的时分被称为自然钟。

　　自后，人们渐渐发了解如日晷、水钟、沙漏等计时安装，可以指示时分按等量间隔流逝，这也标识着人造时钟起头产生。

　　而当钟摆等可长时分重复周期运动的振荡器产生后，人们把任何能发作确定的振荡频率的安装，称为时分频率程序，并以此为根本发了解真正可络续运转的时钟。

　　从14世纪到19世纪中叶的500年间，人们最初采用陈腐的摆轮钟代庖了自然钟，（精度约为10^-2量级，差错约为1刻钟/天），然后正在钟摆安装的根本上渐渐生长出日益苛谨的刻板钟外，使刻板钟的计时精度抵达根基餍足人们普通计时需求的水准（精度最高抵达10^-8量级，差错约为1秒/年）。

　　从20世纪30年代起头，跟着晶体振荡器的创造，小型化、低能耗的石英晶体钟外代庖了刻板钟，平凡使用正在电子计时器和其它各式计时范围，不绝到而今，成为人们普通糊口中所利用的重要计时安装。

　　20世纪40年代起头，新颖科学时间出格是原子物理学和射电微波时间兴盛生长，科学家们应用原子超粗糙布局跃迁能级具有绝顶平稳的跃迁频率这一特性，生长出比晶体钟更高精度的原子钟。

　　1967年第13届邦际计量大会将时分“秒”实行了从头界说：“1秒为铯原子基态的两个超粗糙能级之间跃迁所对应的辐射的9192631770个周期所络续的时分”。

　　自从有了原子钟，人类计时的精度以简直每十年升高一个数目级的速率飞速生长，20世纪末抵达了10^-14量级，即差错约为1秒/300万年，正在此根本上树立的环球定位导航体例（比方美邦GPS），笼罩了一切地球98%的皮相，将原子钟的信号平凡的使用到了人类勾当的各个范围。

　　跟着激光冷却原子时间的生长，应用激光冷却的原子造造的冷原子钟使时分衡量的精度进一步升高，到目前为止，地面上切确度最高的冷原子喷泉钟差错一经减小到1秒/3亿年，更高精度的冷原子光钟也正在飞速生长中。

　　总而言之，“时分”成为新颖科学时间中衡量确实度最高的根基物理量，通过各式物理转化，可能升高长度、磁场、电场、温度等其它根基物理量的衡量精度，是新颖物理计量的根本。

　　近年来，科学家们将激光冷却原子时间与空间微重力境况相团结，希望正在空间轨道上得回比地面上的线宽要窄一个数目级的原子钟谱线，从而进一步升高原子钟精度，这将是原子钟生长史上又一个巨大冲破。

　　因为高精度空间原子钟正在计量学、守时、环球导航定位体例、根本物理等方面都有绝顶巨大的科学查究和工程使用价格，邦际上争相展开空间高精度原子钟的查究方针，个中最重要的是欧洲空间局ESA增援的ACES方针，估计将于2017年发射运转。

　　说到这个，就不得不提到中邦科学院上海光机所的王育竹院士及其科研团队，他们从上世纪六十年代就起头了原子钟方面的查究。

　　正在1971~1979年间，他们担任了“远望”号衡量船上铷原子钟的研造职司，得胜研造出中邦第一台铷原子钟，为邦度导弹发射、远间隔衡量、通讯等范围做出过紧要功劳，得回了全邦科技大会“巨大科技结果奖”和邦度科技先进特等奖。

　　70年代末，邦际上激光冷却气体原子的观念方才提出时，王育竹院士立时相识到冷原子对原子钟的查究将发作革命性的影响，于是他指导团队发端展开了激光冷却原子时间的查究。

　　进入21世纪后，跟着实践室激光冷却时间的生长，王育竹院士起头逐渐促进小型化冷原子铷钟和空间冷原子钟的可行性查究。

　　2007年，正在王育竹院士的指示下，刘亮查究员率领的空间冷原子钟团队设立，并于2010年落成了空间冷原子钟道理样机的研造和地面科学试验论证。

　　到2016年，经由科学家们近10年的劳苦悉力，中邦第一台空间冷原子钟正样产物研造得胜，而且它正在光、机、电、热、软件等方面通过了中邦载人航天工程各样环模测试的检讨，抵达了餍足火箭发射和空间正在轨寻常运转的哀求，据悉，期近将发射的天宫二号载人航天飞舞器上，就会搭载上海光机所研造的空间冷原子钟，这将成为邦际上第一台正在轨实行科学实践的空间冷原子钟。

　　正在地面上，因为受到重力的影响，自正在运动的原子团永远处于变速形态，宏观上只可做相同喷泉的运动或者是扔物线运动，这使得基于原子量子态苛谨衡量的原子钟正在时分和空间两个维度受到必定的限定。

　　正在空间微重力境况下，原子团又可能做超慢速匀速直线运动，基于对这种运动的粗糙衡量可能得回较地面上愈加苛谨的原子谱线讯息，从而可能得回更高精度的原子钟信号。可能预期，空间冷原子钟将成为目前空间最高精度的原子钟。

　　空间冷原子钟重要包罗物理单位、微波单位、光学单位和把握单位四大构成局部，每个单位都有绝顶高的时间目标，其管事道理是应用激光冷却和俘获时间得回靠近绝对零度（μK量级）的超冷原子团，然后采用搬动光学黏团时间将其沿轴向扔射。

　　正在微重力境况下，原子团可能做超慢速均速直线运动。处于纯量子基态上的原子经由环形微波腔，与诀别微波场两次互相影响后发作量子叠加态，经由原子双能级探测器测缘故于两种量子态上的原子数比例，得回原子跃迁几率，改换微波频率即可得回原子钟的谱线Ramsey条纹。估计微重力境况下所得回的Ramsey核心谱线 Hz，比地面冷原子喷泉钟谱线窄一个数目级，应用该谱线反应到当地振荡器即可得回高精度的时分频率程序信号。

　　因为空间冷原子钟可能正在太空中对其它卫星上的星载原子钟实行无作梗的时分信号传达和校准，从而避免大气和电离层众变形态的影响，使得基于空间冷原子钟授时的环球卫星导航体例具有愈加切确平宁稳的运转才智。

　　空间冷原子钟的得胜将为空间高精度时频体例、空间冷原子物理、空间冷原子干预仪、空间冷原子陀螺仪等各式量子敏锐器奠依时间根本，而且正在环球卫星导航定位体例、深空探测、广义相对论验证、引力波衡量、地球重力场衡量、根基物理常数衡量等一系列巨大时间和科学生长方面做出紧要功劳。

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