セシウム規格

秒の正式な定義は、1967年の第13回度量衡総会でBIPMによって初めて次のように示されました。 “秒は、セシウム133原子の基底状態の2つの超微細準位間の遷移に対応する放射線の9192631770周期の期間である。” 1997年の会合でBIPMは、以前の定義に以下の仕様を追加した。 “この定義は、0Kの温度で静止しているセシウム原子を指す。”

BIPMは第26回会議（2018）でこの定義を再表明し、”第2は、セシウム133原子の乱されていない基底状態の超微細遷移周波数のセシウム周波数ΔCの固定数値を、単位Hzで表すと9 192 631 770とし、これはs-1と等しい。”

先の定義の意味は、下記の通りである。 セシウム原子は、配置6s1の基底状態の電子状態を持ち、その結果、原子用語記号2S1/2を持つ。 これは不対電子が1個あり、原子の全電子スピンが1/2であることを意味する。 さらに、セシウム133の原子核は7/2に等しい核スピンを持っています。 電子スピンと核スピンが同時に存在することで、超微細相互作用と呼ばれる機構により、すべてのエネルギー準位が2つの準位に（小さく）分割される。 一方の準位は電子と原子核のスピンが平行（同じ方向を向いている）であることに対応し、全スピンはF = 7/2 + 1/2 = 4となり、もう一方の準位は電子と原子核のスピンが反平行（反対方向を向いている）であることに対応し、全スピンはF = 7/2 – 1/2 = 3となる。セシウム原子において最もエネルギーの低い準位はF = 3で、エネルギー的にわずかに上のF = 4準位となることが分かっています。 この原子に、2つの準位のエネルギー差に相当するエネルギーを持つ電磁波を照射すると、電磁波は吸収され、原子は励起されてF = 3からF = 4の準位に移行する。 わずかな時間の後、原子は放射線を再放出し、F = 3の基底状態に戻る。 秒の定義から、問題の放射線の周波数はちょうど9.19263177 GHzで、波長は約3.26 cmに相当し、したがってマイクロ波帯に属することがわかります

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