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最基本的时钟可以重新定义千克

最基本的时钟可以重新定义千克

作者:霍暨  时间:2017-04-11 01:01:22  人气:

雅各布·阿隆(Jacob Aron)想象一下,放弃浴室秤,用手表称重自己现在,至少在创建第一个时钟后,现在可能有一个时钟取决于单个原子的质量它背后的物理学家说它是有史以来发明的最基本的时钟,它可以帮助重新定义千克的质量现有的原子钟,即存在的最精确的时钟,测量铯原子的电子在两个不同能级之间跳跃的频率 - 这些过渡中约有90亿等于1秒但这不是使用原子计算时间的唯一方法量子力学说所有物质都存在于波和粒子之间由于波有频率,这意味着每个粒子也有一个频率,称为康普顿频率,这取决于其质量原则上,应该可以构建具有由特定原子的康普顿频率定义的刻度的“康普顿时钟”问题是原子的康普顿频率比可见光波的频率快1000亿倍加州大学伯克利分校的霍尔格·穆勒说:“这个频率非常高,远远超出任何计算方式”为了解决这个问题,他的团队转向了爱因斯坦相对论的一个奇怪的怪癖,被称为双胞胎悖论它说,一个在快速移动的航天器中飞行并且返回的双胞胎的年龄将低于留在地球上的那个,因为移动物体的时间越来越慢 Müller通过一个叫做原子干涉仪的装置发送铯原子的物质波,在原子尺度上复制了这个这将波分成两部分,其中一半保持静止,另一半继续移动,然后重新组合两半移动波变得略微不同相 - 这是双悖论的结果研究人员不是直接测量康普顿频率,而是使用激光来测量频率差异,大约为100,000赫兹因为这也取决于原子的质量,它可以作为时钟的滴答这个时钟比以前任何时钟都更基础,因为它取决于单个粒子的行为时钟每八年损失约1秒,与最早的原子钟相当 “作为时钟,它不是很好,”穆勒说相比之下,今天最好的原子钟只有在大爆炸开始滴答时才会失去4秒但康普顿时钟具有原子钟缺乏的质量:由于其频率取决于原子的质量,因此它可以用作金标准称重装置质量的科学标准目前由巴黎国际度量衡局存储的一公斤金属定义,但计量学家热衷于改变这一点,因为其质量因微观污染物而漂移两种竞争方法正在竞相取代金属块第一个是计算一个重量接近完美公斤的球中硅原子的确切数量,称为Avogadro球体第二种是使用称为瓦特天平的设备,它使用基本普朗克常数将质量与电流和电压联系起来康普顿时钟提供了第三种选择时钟铯原子的质量可以通过其康普顿频率,普朗克常数和光速来计算,精度为十亿分之四由于已知所有原子的相对质量,因此可以使用该技术对其他原子的质量进行非常精确的测量然后可以计算一公斤给定元素中应该有多少原子 Müller表示,这一系列计算将精度降低到十亿分之三十,但仍然可以与瓦特平衡方法的精度相媲美 “他们的技术非常强大,”英国国家物理实验室的伊恩罗宾逊说他指出,它提供了一种精确测量单个原子质量的方法瓦特平衡是不可能的,它只能测量宏观物体然而,使用康普顿时钟来处理宏观质量可能会更加困难,因为马里兰州盖瑟斯堡的美国国家标准与技术研究所的理查德施泰纳说,从原子质量放大的廉价,准确的方法并不容易获得期刊参考:Science,DOI:10.1126 / science.1230767关于这些主题的更多信息: