原子钟
精确度非常高的计时仪器
条目
原子钟（英文：atomic clock）是获取时间频率信号的设备。[1][8]它通过测量某些元素中稳定的原子[c]能级[a]之间的跃迁[b]频率来作为时间间隔基准。[6]原子钟的计时精度非常稳定，2020年底美国科学家利用量子纠缠现象新设计出一种原子钟，运行约140亿年的时间精度可保持在1/10秒之内。[11][12]其研发涉及到量子物理学、电学、结构力学等众多学科。[8]原子钟分为传统型原子钟和新一代原子钟。[13][14]传统原子钟包括铷原子钟、氢原子钟 和铯原子钟。[13]新一代原子钟包括冷原子钟、CPT原子钟和光钟。[14]原子钟精确的原因可以分为两点：一是周期运动的稳定性，原子钟之外的周期运动都很容易受到外界因素的影响；二是周期运动的频率高，原子钟在1秒内可以发生的周期运动都是数以亿计的，远远超过其他计时器的周期运动。[15]
20世纪30年代，依靠原子计时器在制造时钟方面取得了实质性进展。[16][17]1945年，拉比提出将磁共振技术运用到钟计量中，从此拉开了原子钟研究的序幕。[2]1949年，世界上第一台原子钟研制成功。[7]1955年，第一台束原子钟研制成功，开创了实用型原子钟的新纪元。[18][19]1967年，在第十三届国际计量大会上，铯原子钟被用来进行“秒”定义。[17][20]到20世纪末，科学家们通过使用激光冷却和原子俘获及更精密的激光光谱等技术，大幅提高了原子钟的精确度。[18]进入21世纪，新一代原子钟实现了芯片级跃升，在稳定性和精密性方面得到极大优化，并进入商业化推广阶段。[18]2016年，中国第一台空间冷原子钟问世，它是世界上第一台在轨进行科学实验的空间冷原子钟。[21]
伴随着原子钟研制精度的不断提高，截至2023年基于中性原子的光晶格钟，其稳定度已经推进到10-19量级，不确定度也已达到小系数10-18量级。[22]原子钟作为一种高稳定高精度的时间频率计量设备，其已被广泛运用于科研、航天、国防、授时、导航等领域。[3][2][18]