Wie viele von Ihnen wissen, ist die zweite definiert als
die Dauer von 9.192.631.770 Strahlungsperioden, die dem Übergang zwischen den beiden Hyperfeinniveaus des Grundzustands des Cäsium-133-Atoms entsprechen
Diese Entscheidung wurde 1967 vom Internationalen Komitee für Maß und Gewicht angenommen. In dieser Zeit befanden sich Computer in einem sehr niedrigen Stadium und konnten nicht viele Dinge tun.
Heutzutage ist es mit einer solchen Technologie, die wir besitzen, ziemlich einfach und sehr genau, diese Strahlungsperioden eines Atoms zu messen.
Meine Frage ist, wie sie diese 9.192.631.770 Schwingungen mit einem geringen Aufwand an Technologie messen konnten und wie sie das gemacht haben? Welche Prozesse haben sie verwendet?
Wenn jemand der Meinung ist, dass dies nicht die richtige Stack Exchange-Community zum Posten ist, sagen Sie es mir bitte.
Das Prinzip der Cäsiumstrahlröhre hat sich seit den 1950er Jahren bis heute nicht wesentlich verändert. Die Vorstellung, dass es 1967 eine "geringe Menge an Technologie" gab, ist nicht wahr. Eine gute Zusammenfassung der Funktionsweise eines solchen Geräts findet sich im Handbuch des HP 5062C , das 1974 veröffentlicht wurde. Kurz gesagt, ein Strahl von Cäsiumionen wird mit einem Magneten geteilt, um dann nur diejenigen mit einem bestimmten hyperfeinen Zustand auszuwählen mit Mikrowellenenergie bombardiert, dann durch einen weiteren Selektor geleitet, wonach die Ionen auf einen Detektor treffen. Die Anzahl der Ionen, die den zweiten Selektor passieren und den Detektor erreichen, hängt davon ab, ob die Mikrowellenfrequenz der Energiedifferenz zwischen den relevanten Hyperfeinzuständen entspricht oder nicht, sodass ein einfacher analoger Servo in der Lage ist, die HF-Frequenz gleich der Cäsiumfrequenz zu halten .
Von dort aus ist die Messung eine relativ einfache (wenn auch mühsame) Sache, das Experiment über einen ausreichend langen Zeitraum zu betreiben, die Frequenz zu integrieren und sie mit den besten verfügbaren voratomaren Zeitstandards (die aus astronomischen Beobachtungen abgeleitet wurden) zu vergleichen. . Die einzige erforderliche Rechenleistung ist die Fähigkeit, Zahlen zu addieren und zu dividieren, was für eine nationale Normungsorganisation zu einer Zeit, als Computer, die 3D-Vektorkoordinatentransformationen durchführen konnten, bereits im Weltraum flogen, kein Problem darstellte.
Was getan wurde, war, die Resonanz dieses Übergangs anzuregen und einen Kristalloszillator an diese Resonanz zu koppeln. Zum Glück für die Physik der 1960er Jahre liegt diese Frequenz genau im Radioband, sodass die Ingenieure recht gut damit umzugehen wussten.
Sobald Sie das haben, müssen Sie die Schwingungen zählen. Dies erfordert einen Scaler (ein Gerät, das Schwingungen zählt), keinen Computer. Dann war der schwierige Teil, die Schwingungen über viele Vielfache der damaligen Standardsekunde zu zählen.
Die angegebene Zahl der Schwingungen entspricht etwa dem Zehnfachen der Präzision, die die Wissenschaftler damals erreichen konnten. Dies war in Ordnung, da die Standard-Sekundenspezifikation zuvor viel ungenauer war. Der Punkt ist, wenn Sie Ihre beste Zahl nehmen und die nächste ganze Zahl als Definition der zweiten deklarieren, dann können (und haben) zukünftige Wissenschaftler diese Definition auch dann verwenden, wenn ihre Fähigkeiten die implizite Genauigkeit überschritten haben.