時間單位秒的定義為一個平太陽日的1/86400。
基本介紹
- 中文名：時間與頻率基準
- 外文名：frequency and time benchmark
簡介,新定義,
簡介
1960～1967年期間,國際組織曾經改用以地球公轉運動為基礎的曆書時代替平太陽時來導出秒的定義。雖然地球公轉的周期在理論上是不變的，但由於測量上的困難,利用三年的觀測數據只能達到10的精確度。因此，這個新定義始終沒能在時間頻率計量中發揮作用。1955年，英國國家物理研究院的科學家L.埃森以銫原子基態(3,0)匑(4,0)能級躍遷為基礎製成一台準確度更高的標準頻率發生裝置。這是量子電子學的一項重要成果。它所達到的準確度超過了過去以天體運動為基礎的時間頻率基準。當時曾用曆書時對此裝置的頻率值進行了三年的精確測量，測出其頻率值為9192631770±20赫（其中±20赫誤差主要來自曆書時本身）。到1967年，國際計量委員會對秒定義又進行了修改。新的秒定義是：“秒是銫-133原子基態的兩個超精細能級之間躍遷所對應的輻射的9192631770個周期的持續時間”。根據這一定義復現時間單位秒的裝置稱銫原子時間頻率基準，簡稱銫基準。(見彩圖)時間與頻率基準原子的躍遷輻射可以作為時間頻率基準的原因是：原子處在靜止和不受干擾的情況下躍遷頻率是不變的。但實際裝置只能在一定的原子速度和一定的外界干擾因素作用下工作，這些干擾因素會使原子的躍遷頻率偏離理想值。干擾因素很多，其中較大的是磁場的影響、二級都卜勒效應和激發原子躍遷的兩個振盪場之間的相位差。為獲得銫基準的頻率準確值，就必須對所有干擾因素造成的頻移量進行測定或估算並加以修正。人們把所有測量和估算的誤差以及頻率偏移量的不穩定程度等按規定的統計方法合成，並把合成的結果算作銫基準的不確定度。這個不確定度標誌著銫基準所給的頻率值和定義值之間可能存在的差異。差異越小則銫基準的準確度越高。隨著技術的進展，時間頻率基準的設計和裝調得到不斷的改善，準確度也隨之提高。自銫基準問世後，準確度已提高了數萬倍，達10量級。但是，向理論的準確度極限趨近的途徑還很多，人們可以在銫基準的基礎上加以改進而提高其準確度，也可以尋找條件更有利的其他類型的原子分子的躍遷過程，形成新型的量子頻標。中國研製成的銫基準於1981年達到10的準確度，並通過了國家鑑定，成為國家的時間頻率基準。
新定義
在時間單位的新定義下，時刻可以通過在規定的起點下對銫基準給出的秒長進行累積而獲得。國際原子時的累積工作是從1958年1月1日起始的，其時刻起點和當時的平太陽時的時刻一致。但是，這樣累積起來的時刻會逐漸偏離平太陽時的時刻。人們日常生活和大量與地球自轉規律密切相關的科學技術工作，仍然需要繼續使用平太陽時的時刻，因此，國際時間局於1972年建立協調世界時 (UTC)作為國際的法定時間，它保留原子時的秒長，但採用閏秒方法對原子時的時刻進行修正。這樣，協調世界時和平太陽時的時刻相差不超過1秒,而秒長與秒的新定義值相符合。
