DIV>

米国の主要な時間および周波数標準

nist-f1は、コロラド州ボルダーのnist研究所で開発されたセシウム噴水原子時計です。 NIST-F1は、世界の公式時刻である協定世界時（UTC）を定義する国際原子時計グループに貢献しています。 NIST-F1は世界で最も正確な時計の1つであるため、UTCをこれまで以上に正確にします。

NIST-F1の不確実性は継続的に改善しています。 2000年の不確実性は約1×10-15であったが、2013年の時点で、不確実性は約3×10-16に減少しており、100万年以上で秒を得ることも失うこともないことを意味している。 以下のグラフは、NIST-F1がNISTによって構築された以前の原子時計とどのように比較されているかを示しています。 現在では、1993年から1999年にかけてアメリカ合衆国の主要な時間と周波数の標準となったセシウムビーム原子時計であるNIST-7よりも約十倍正確である。NIST-F1は、噴水のような原子の動きを使用して周波数と時間間隔を測定するため、噴水時計と呼ばれています。 まず、セシウム原子のガスが時計の真空チャンバに導入されます。 次に、6つの赤外線レーザービームをチャンバの中心で互いに直角に向けます。 レーザーは穏やかに球にセシウム原子を一緒に押します。 このボールを作る過程で、レーザーは原子の動きを遅くし、絶対零度近くの温度に冷却します。

二つの垂直レーザーが静かに上向きにボールを投げるために使用されます（”噴水”アク この小さなプッシュは、マイクロ波で満たされた空洞を通って高さ約メートルのボールをロフトするだけで十分です。 重力の影響下で、ボールはマイクロ波空洞を通って後退する。

マイクロ波空洞を通って上下に往復するのは約1秒間続きます。 旅行の間に、原子の原子状態はマイクロ波信号と相互に作用すると同時に変わるかもしれないし、変えられないかもしれない。 彼らの旅が終了すると、別のレーザーが原子を指しています。 マイクロ波信号によって原子状態が変化した原子は、光（蛍光として知られている状態）を放出する。 光子、またはそれらが放出する光の小さなパケットは、検出器によって測定される。

このプロセスは、空洞内のマイクロ波信号が異なる周波数に調整されている間に何度も繰り 最終的に、マイクロ波周波数は、セシウム原子のほとんどの状態を変化させ、それらの蛍光を最大化することが見出される。 この周波数は、セシウム原子の自然共振周波数（9,192,631,770Hz）、または第2の周波数を定義するために使用される周波数です。

レーザー冷却と噴水設計の組み合わせにより、NIST-F1はセシウム原子をより長い期間観察することができ、これまでにない精度を達成します。 従来のセシウム時計は、毎秒数百メートルで動く室温の原子を測定します。 原子は非常に速く動いているので、観測時間は数ミリ秒に制限されています。 NIST-F1は別のアプローチを使用します。 レーザー冷却は、原子の温度を絶対零度よりも数百万分の一に低下させ、その熱速度を毎秒数センチメートルに低下させる。 レーザーによって冷却される原子は縦に進水し、マイクロウェーブキャビティを二度、一度方法の上でそして一度方法の下で渡します。 その結果、原子を地面に引っ張る重力によってのみ制限される約1秒の観測時間が得られます。ご想像のとおり、観測時間が長いほどマイクロ波の周波数を調整しやすくなります。

マイクロ波周波数の調整を改善することにより、セシウムの共振周波数のより良い実現と制御が可能になります。 そしてもちろん、改善された周波数制御は、世界で最も正確な時計の一つであるものにつながります。p>