Page 60 - 標檢局雙月刊199期

Standards and Technology, NIST)曾在1930年代至1960年代以此作為美國的時間標 準。石英鐘(quartz clock)是利用石英晶體的壓電效應製造的一種計時器，在石英 晶體兩側施加壓力時，這兩側面上就會分別產生等量的正電荷和負電荷，形成一 定的電位差，這就是石英晶體的壓電效應。反之，如果把石英晶體放在交變電場 中，隨著電場方向的變化，石英晶體也可被壓縮、拉伸而產生機械振動。石英鐘 就是利用石英晶體在交變電場中產生的振動，再通過一些複雜的電子電路帶動時 鐘來指示時間。 由於石英晶體本身的固有振動頻率很穩定，因此石英鐘具有很高的精密度， -10 頻率穩定度高於1 × 10 。但石英鐘也會受溫度變化的影響，所以需要把石英晶 體放在恆溫箱裡。但上述計時方式易受環境、溫度、材質、電磁場甚至觀測者觀 測角度等影響而呈現不穩定，仍須由天體(地球自轉、公轉、月球公轉)的週期來 校正。 四、原子鐘時代 根據量子物理學原理，原子能階由主量子數、角量子數、磁量子數、自旋量 子數決定。當主量子數增加時，軌域範圍變大，原子的外層電子將處於更高的能 量值，因此受到原子核的束縛更小。依不同量子數導致電子有不同能量值，稱為 能階，且這些能量值呈離散分布，任兩階之間沒有過渡性變化，故電子在不同能 量間躍遷(transition)時，其能量變化為不連續性。當原子從一個能階躍遷至較低 能階時，它便會釋放電磁波。這種電磁波特徵頻率是不連續性的，也就是所謂的 躍遷頻率。若使原子在某兩個固定能階之間躍遷，其對應的電磁波躍遷頻率是極 為穩定。準確性極高的原子鐘係以能階躍遷所放出的電磁波週期為主頻率與人工 輸入之微波產生共振，並量測其最大共振頻率來製作。如應用躍遷頻率為9 192 631 770 Hz的銫133原子，即可確定時間間隔。 1945年美國哥倫比亞大學的物理學教授拉比博士(Isidor Isaac Rabi) 和他的學 生在研究原子和原子核的基本特性時，研發出應用磁共振技術量測原子的躍遷頻 率；因而建議利用原子束磁共振技術來製造準確性極高的原子鐘。1949年美國國 家標準局(National Bureau of Standards, NBS)即現今的NIST使用氨分子作為磁振 54 Bureau of Standards, Metrology and Inspection