美国国家标准与技术研究院(NIST)的物理学家展示了一种小巧的原子钟设计，使用的是冷铷原子，而不是惯常使用的热原子，这一改变预计会提高准确度和稳定性。
一篇新发表的论文介绍，这种原子钟样机的核心(含有原子的真空室)大约是一个咖啡杯大小，体积为150立方厘米，安装在一个小的激光和电子框中。这个原子钟目前要比NIST 的芯片级原子钟套装大10倍左右，但缩小体积并加以改进后，NIST的这款新原子钟设计有可能达到芯片级原子钟同样的大小，精确度和稳定性在按天计时或更长时间的计时器中能提高1000倍。
      通过实现这一目标，这种冷原子钟的性能堪匹敌商用的铯光束原子钟。后者是一种实验室普遍使用的仪器，只是包装的外壳更小。
NIST物理学家Elizabeth Donley表示:“我们试图将超便携式原子钟的性能提高到更高水平，目标是让这种钟根本无需校准。”2004年，NIST率先开发了芯片级原子钟，类似设计的原子钟采用热气中的原子，几年前已经开始商用。过去8年，NIST的这一研究团体致力于一种衍生技术，即芯片级原子磁力计，但近期又重新把重点转向原子钟的小型化设计。
      芯片级原子钟对于GPS接收器等短期内需要保持时间同步的诸多应用来说足够精确，但这种钟在过了几小时后精确度会出现偏差，因为钟里的原子分散在高压气体中，而气体会因温度的变化而改变原子的共振频率，也就是钟的计时率。而新型冷原子钟根本就不使用这些气体，因而就消除了误差的源头。像这类改进会将小型低耗电原子钟的应用扩展到同步电信网络等要求精确时间的应用当中。
      NIST的冷原子钟依靠小玻璃真空室中容纳的大约100万个铷原子，这些原子靠激光冷却，并被困在温度达到微开尔文的极低温磁场中。两束近红外激光从上面和下面对称激发原子，每束激光产生两个光频，这两个光频会被调节，直到原子在两种能量状态之间摆动，并停止吸收光线。这种钟是把计时率定在一个特殊的微波频率。
NIST的研究人员已经在研制下一版本的冷原子钟。除了缩小尺寸，研究人员预计还会增添防磁和抗反射膜，以此提高性能。
转载自中国计量网