天宫二号里那块优雅的“手表”——空间冷原子钟.pdfVIP

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天宫二号里那块优雅的“手表

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——空间冷原子钟

乔勇军①，刘伍明②十

①山西省吕梁市离石区高级职业中学，山西033000；②中国科学院物理研究所，北京100190

摘要天宫二号带着一款别致的“手表”——空间冷原子钟正在绕着地球翱翔。它仰望深空，俯视大地，探索浩淼宇宙遵循

的黄金规则，细致描绘地球母亲的每一寸土地。这是人类史上首台在空间实验室开展科学研究的空间冷原子钟，它的精准

度也是史无前例的，为3000万年误差不超过1s。这台原子钟是中国科学家们历经十数年孕育和抚养成才的，它承载着中

国在空间定位、深空探测，以及广义相对论的验证等方面的研究使命。

关键词激光冷却；原子喷泉钟：空间冷原子钟；Ra

msey作用

中国传统医学中对时间有模糊的定义：“五续上路一一研制50亿年误差1秒的光钟口]f预期的

日谓之侯，三侯谓之气，六气谓之时，四时谓精度为10’17到10。18量级)。这个目标对于诞生只有

之岁。”(《伤寒杂病论·素问·六节藏象论》)另约46亿年的地球母亲而言意味着什么呢?按照现

外，古印度的《倡只律》也有对时间的描述：一代的计时方式计算：一须臾为48min，一罗预为

114

刹那即为一念，二十念为一瞬。二十瞬为一弹s，一弹指为7．2s，一瞬为0．36s，一刹那为

0．018

指，二十弹指为一罗预。二十罗预为一须臾，一s。那么1

日一昼为三十须臾。这样的时间定义总让人感13届会议上，给出了时间单位“秒”的新定义：

觉不知所措，因为我们无法确定此时是何时。历“一秒是133Cs原子基态超精细能级跃迁周期的

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史的车轮总是不停地向前滚动，人类的时间观念770倍。”这又是什么意思呢?图1和图2

也日益求精。古巴比伦人发明了曰晷、漏刻计时所示的分别是人类计时器的发展历程及对应精度。

器(水钟、沙漏等)，它们的出现让人类可以日夜执着的灵魂从不寂寞，历史的车轮也从不吝

守时。摆的等时性原理的发现促成了摆钟的发惜那镌刻的深深印迹。对物理学的热爱和对微观

明，晶体振荡器的发明使得石英晶体钟表成了世界的好奇催生了量子力学这门艰深的学科，它

机械钟的可靠替代品。20世纪初建立和发展起表明原子核外电子确定能级之间的跃迁对应着恒

来的量子力学促使人们研制出了精度可达10。16量定的辐射频率。根据微观粒子的不确定性原理和

级的原子钟[1。]。原子钟的出现点燃了科学家们能量量子化理论，19世纪70年代麦克斯韦和开尔

的热情，从1948年第一台原子钟发明[4]至今，人

文提出能级跃迁对应的恒定辐射频率可以作为时

类计时的精度几乎以十年一个数量级的速度提间频率基准。然而，使这一思想真正从理论走向

高，天宫二号中的这台空间冷原子钟的精度己达

到10J6量级。激光技术的兴盛催促着科学家们继比亚大学实验室的工作，他们采用一种磁共振的

十通信作者，E．mail：wmliu@iphy．ac．cn

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万方数据

自筮未志第39卷第1期_科技进展

技术获得了原子的自然共振频率，这是人类在研