知识源于沉淀 停电后恢复供电怎么知道什么时间设置时钟？你有没有想过时间是怎么调节的？
在美国，时间标准是由美国海军天文台主钟(USNO)规定的，它是国防部的官方时间源。这些机制的影响以闹钟、电脑、录音机和会议日程的形式被我们所有人感受到。我们将学习所有关于原子钟的知识，以及它们是如何让世界运转的！
如果你读过GPS接收机的工作原理，你就会知道原子钟对系统极其重要。你经常在新钟的广告中听到原子钟，它会自动与科罗拉多州玻尔得的原子钟同步。原子钟对各种科学事业也很重要。
所以我们先从时钟的一般概念说起。时钟的作用是记录时间的流逝。所有的时钟都是通过计算“谐振器”的“滴答声”来做到这一点的。
在摆钟中，共鸣器是一个钟摆，时钟中的齿轮通过计算钟摆的共振(来回摆动)来记录时间。钟摆通常以每秒摆动一次的频率共振。数字钟利用电力线的振荡(美国每秒60周，欧洲每秒50周)或应时晶体的振荡作为谐振器，用数字计数器计数。时钟的精度取决于谐振器在指定频率下的精度。
原子是一个时钟，利用原子的共振频率作为它的共振器。根据《大英百科全书》，谐振器是“通过原子或分子的量子跃迁(能量变化)发射或吸收的微波电磁辐射的频率调节”。
这种方法的优点是原子以非常均匀的频率共振。如果你拿起任何一个铯原子，让它共振，它会以和其他铯原子完全相同的频率共振。铯133的振荡频率为每秒9192631770次。这个精度和石英钟完全不一样。在石英钟中，制作应时晶体是为了使其振荡频率接近某一标准频率；但制造公差会导致每个晶体略有不同，温度等因素会改变频率。铯原子总是在相同的已知频率下共振——这就是原子钟如此精确的原因。
如果你认为Apple Watch是最酷的计时产品，请三思。来自德国联邦物理技术研究所(PTB)的科学家刚刚在《物理评论快报》杂志上发表了一篇关于史上最精确计时设备的论文。大大打败了之前的冠军原子钟。事实上，新的单离子钟非常精确，这可能迫使我们重新定义“秒”是什么。
要了解单离子钟，首先要了解它的前身——原子钟。科学家花大量时间观察原子。他们发现，当原子中的电子从一个能级跳到另一个能级时，它们会做许多可预测和可检测的事情(还记得你在学校必须画的电子云吗？)。在原子钟中，原子被迫相对静止，然后以已知频率的能量(如激光或微波)发射。电子由于这种能量爆炸而运动，时钟会计算这些运动。时钟通过结合两个已知的东西(电子的行为和能量爆炸的特性)来计算一个未知的东西(过去了多少时间)，从而知道过去了多少时间。
计时的准确性由每个“滴答”的长度与其他“滴答”的长度匹配的准确程度来衡量。原子钟的计时形式如此精确，以至于我们现在对“秒”的定义来自于目前最好的原子钟——铯原子钟。科学家通过他们的系统不确定性水平来衡量时钟的准确性，这是一个错误率。
德国单离子钟在这一点上打败了原子钟计时系统。系统的不确定度为3×10-18。这比铯原子钟好100倍，这是自物理学家汉斯·德梅尔特(Hans Dehmelt)在1981年表示这是可能的以来，科学家一直试图实现的精度。
Yb+离子Yb+用于PTB单离子钟，但英国和中国也有基于其他离子(如Sr+、Ca+、Al+)的单离子钟研究项目。
在PTB担任光学时钟的克里斯蒂安·塔姆博士通过电子邮件告诉我们，“就精度潜力和技术复杂性而言，这些离子系统中的每一个都有其独特的优势和劣势。”
塔姆补充说，“Yb+似乎有挑战Al+的高精度潜力，但也许基于Yb+的时钟更容易实现和优化。”
这个发现的意义不仅仅是保证你按时参加下一场游泳比赛。超精密授时对GPS甚至互联网都有很大影响。PTB想用它的时钟来测试物理理论。
科学家提出了一个实验，寻找具有双拉相互作用的超轻标量暗物质(DM)。有一个CP违规。光膨胀子DM作为背景场，可以引起标准模型参数(如精细结构常数和质子电子质量比)微小但相干的振荡。这些细微的变化都可以通过精确的原子钟频率比对检测出来。我们的实验将当前对基本常数漂移的搜索扩展到高频区域，动机很好。我们提出的设置可以检测1.011倍的重力强度，与1.015 eV相比，这有可能发现双拉耦合，并将电流等效原理的极限提高了8个数量级。我们指出了未来潜在的光学和核时钟的灵敏度增强，以及引力波探测器的可能特征。最后，我们讨论了超轻标量DM的宇宙学约束和天体物理学暗示，并表明它们与我们提出的实验室实验的可及参数范围是互补和相容的。
