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松の物理学勉強帳

実験で理学修士取得後、16年のブランクを経て再び書を手に取った筆者の物理学学習メモ。素粒子に向かっています。初学者の助けになればいいなと思います。また、ツッコミお待ちしております。

光格子時計とは? まずは普通の時計から

昨日の記事で、光格子時計の話をしたので、その動作原理や特徴を探るべく、まずはクオーツ時計からその動作を見ていきます。時計というのは、ある一定時間経ったら決まっただけ針を動かすというもの。その一定時間をどうやって決めるかで、時計の種類が決まります。

で、クオーツ時計ですが、通常水晶振動子を使います。水晶振動子というのは、簡単に言いますと、電圧をかけると特定周波数の成分に共振して、その周波数の交流電圧を出力するもの。この周波数を知っていれば、電圧が何回振動したら1秒になるかが分かるわけですから、これを使って、1秒ごとに秒針が動くように作ればいいわけです。この周波数は、使用する物質やカットの方法によって変わってきますが、通常32,768Hzのものがよく使われます。

非常に簡単にクオーツ時計の原理を勉強したわけですが、ここで問題になるのが周波数の精度です。水晶が発振する周波数が正確に32,768Hzなら問題ないのですが、水晶のおかれた条件や、電気的ノイズなどで周波数がずれてしまっていたりするわけです。そうするともちろん時計の狂いの原因になる。したがって、できるだけ高精度の周波数基準がほしいわけです。水晶も高精度ではあるのですが、やはり限界があるということで、さらなる高精度化のために編み出されたのが原子時計です。