Войти
Цезий атомный фонтан, используемый как часть атомных часов эталон цезия является первичным эталоном частоты, в котором поглощение фотонов переходами между двумя основными состояниями сверхтонкого из цезия-133 атомов используются для управления выходной частотой. Первые цезиевые часы были построены Луи Эссен в 1955 году в Национальной физической лаборатории в Великобритании. и продвигаемые во всем мире Гернотом М.Р. Винклером из USNO.
Цезиевые атомные часы являются наиболее точными эталонами времени и частоты и служат первичным эталоном для определения секунды в Международной системе единиц (СИ) (метрическая система ). По определению, излучение, возникающее при переходе между двумя сверхтонкими основными состояниями цезия (в отсутствие внешних воздействий, таких как магнитное поле Земли), имеет частоту Δν Cs, равную точно 9192631770 Гц.. Это значение было выбрано таким образом, чтобы цезиевая секунда равнялась пределу возможностей измерения человека в 1960 году, когда оно было принято, существующему стандарту эфемеридная секунда, основанному на орбите Земли вокруг Солнце. Поскольку никакое другое измерение времени не было столь точным, эффект от изменения был меньше экспериментальной неопределенности всех существующих измерений.
Официальное определение секунды впервые был дан BIPM на 13-й Генеральной конференции по мерам и весам в 1967 году как: «Второй - длительность 9192631770 периодов излучения, соответствующих переходу между двумя сверхтонкие уровни основного состояния атома цезия 133 ». На встрече 1997 г. BIPM добавил к предыдущему определению следующую спецификацию: «Это определение относится к атому цезия в состоянии покоя при температуре 0 К.»
BIPM повторно сформулировал это определение на своей 26-й конференции (2018 г.)), "Второй определяется путем принятия фиксированного числового значения частоты цезия ∆Cs, невозмущенной частоты сверхтонкого перехода в основное состояние атома цезия 133, равным 9 192 631 770 при выражении в единицах Гц, что равно to s. "
Смысл предыдущего определения заключается в следующем. Атом цезия имеет основное электронное состояние с конфигурацией [Xe] 6s и, следовательно, символом атомного члена S 1/2. Это означает, что существует один неспаренный электрон и полный электронный спин атома равен 1/2. Более того, ядро цезия-133 имеет ядерный спин, равный 7/2. Одновременное присутствие электронного и ядерного спина приводит, посредством механизма, называемого сверхтонкое взаимодействие, к (небольшому) расщеплению всех энергетических уровней на два подуровня. Один из подуровней соответствует тому, что спин электрона и ядра параллельны (т.е. указывают в одном направлении), что приводит к полному спину F, равному F = 7/2 + 1/2 = 4; другой подуровень соответствует антипараллельному спину электрона и ядра (т. е. направлен в противоположные стороны), что приводит к полному спину F = 7/2 - 1/2 = 3. В атоме цезия бывает так, что подуровень -уровень с наименьшей энергией имеет F = 3, в то время как подуровень F = 4 находится энергетически немного выше. Когда атом облучается электромагнитным излучением, имеющим энергию, соответствующую разнице энергий между двумя подуровнями, излучение поглощается, и атом возбуждается, переходя от подуровня F = 3 к подуровню F = 4. Через небольшую долю секунды атом переизлучает излучение и вернется в свое основное состояние F = 3. Из определения второго следует, что рассматриваемое излучение имеет частоту точно 9,19263177 ГГц, что соответствует длине волны около 3,26 см и, следовательно, принадлежит диапазону микроволн.
В эту статью включены материалы, являющиеся общественным достоянием из документа Управления общих служб : «Федеральный стандарт 1037C».(в поддержка MIL-STD-188 ) | Викискладе есть носители, относящиеся к цезиевым часам. |
.
