다음은 원자 시계의 작동 방식에 대한 개요입니다.
1. 원자 전이 :
원자 시계는 원자의 기본 특성과 에너지 수준에 의존합니다. 원자가 특정 양의 에너지를 흡수하면 전자는 낮은 에너지 수준에서 더 높은 에너지 수준으로 점프합니다. 이 양자 도약은 정확하고 특징적인 빈도로 빛의 광자를 방출합니다.
2. 원자 전이의 선택 :
다른 원자 전이는 다른 주파수에서 발생할 수 있으며, 원자 시계는 매우 안정적이고 일관된 주파수를 제공하는 특정 원자와 전이를 사용합니다. 일반적인 선택에는 세슘, 루비듐 및 수소 원자가 각각 잘 정의 된 에너지 수준 및 방출 주파수가 있습니다.
3. 원자 시계 구조 :
원자 시계는 여러 주요 구성 요소로 구성됩니다.
- 원자 주파수 표준 :이것은 정확한 에너지 전환을 겪는 원자를 포함하는 시계의 핵심입니다.
- 전자 레인지 공동 :원자는 전자 레인지 공동 내의 신중하게 제어 된 환경에서 고정됩니다.
- 전자 레인지 신호 :원자 전이 주파수에 가까운 주파수를 갖는 마이크로파 신호가 공동으로 전송된다.
- 탐지 시스템 :전자 레인지 신호에 대한 원자의 반응이 감지되고 분석되어 주파수가 자연 전이 주파수와 일치하는지 여부를 결정합니다.
4. 공명 및 주파수 잠금 :
마이크로파 신호 주파수가 원자 전이 주파수와 일치하면 공명이라는 현상이 발생합니다. 이 상호 작용은 원자가 광자를 흡수하고 재개하게하며, 시계의 피드백 메커니즘은 공명을 유지하기 위해 마이크로파 주파수를 조정합니다. 이 "잠금"프로세스는 시계의 출력 주파수가 원자 전이 주파수와 정확히 일치하도록합니다.
5. 시간 측정 및 안정성 :
원자 시계가 원자 공명 주파수와 동기화되면 매우 안정적이고 정확한 시간 키퍼로 기능합니다. 원자 시계에 사용 된 전환은 일관되고 반복 가능하므로 정확한 시간 유지 및 주파수 표준에 대해 엄청나게 신뢰할 수 있습니다.
원자 시계에 의해 측정 된 시간은 Si (Système International d 'ités) 정의를 기반으로하며, 이는 세륨 -133 원자의 공진 주파수에 연결됩니다. 원자 시계는 놀라운 정확도를 달성하여 최고의 세슘 기반 원자 시계가 1 억 년마다 1 초의 정확도를 유지할 수 있도록합니다.
원자 시계는 지오 디, 내비게이션 시스템, 위성 통신 및 과학 연구를 포함한 다양한 분야에 혁명을 일으켰습니다. 그들은 스마트 폰의 GPS 탐색에서 글로벌 커뮤니케이션 네트워크의 동기화에 이르기까지 정확한 타이밍에 의존하는 일상 기술의 정확성과 신뢰성을 보장하는 데 중요한 역할을합니다.
