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原子钟比较测量精度创新高 首次达到小数点后十八位

来源:科技日报    时间:2021-03-25    

  科学家们正在以空前准确度部署并比较原子钟。据英国《自然》杂志24日发表的一项物理学最新成果,科学家以迄今最高的准确度详细比较了基于铝、锶、镱的三种原子钟,该研究为下一步部署可移动、机载、远程光钟网络奠定了基础,并朝着更精准复现秒定义的目标迈出了极其重要的一步。

博尔德原子钟光学网络系统概述

  原子钟的准确度使其成为了计时和其他精确测量的绝佳工具。原子钟的运行是采用测量一种稳定的原子能级之间的跃迁频率作为计时方法,经过改进后,这种计时方式远比过去的天文钟和石英震荡钟都要精密和稳定得多。这是因为原子会在特定频率发射和吸收光子,这个过程基本不会受任何环境因素的干扰。

  此前,科学家曾演示过频率准确度达小数点后18位的原子钟,超过了目前用于定义秒的铯原子钟。不过,为了获得更准确的秒定义,就必须对这些原子钟进行比较。迄今为止,不同光钟(使用不同种类的原子)频率比值的最高测量准确度,能把测量不确定度降到小数点后17位。

  此次,来自美国国家标准与技术研究院、博尔德原子钟光学网络联盟的研究人员,部署了一个三种原子钟组成的网络。他们将这些原子钟分别放置在美国科罗拉多州博尔德市各个地点的大楼里,并比较了它们在2017年11月至2018年6月间各自的频率比值。

  研究团队发现,他们在比较这些原子钟时获得的测量精度范围,可以达到小数点后18位。这次报道的测量结果是频率比值不确定度首次小于小数点后17位。

  原子钟可在未来的宇宙天体、人造卫星、地形地貌、半导体芯片等研究应用中发挥巨大价值。在同时发表的新闻观点文章中,英国国家物理实验室科学家里切尔·高顿认为,新的研究结果为未来部署光钟网络奠定了基础,该网络将能用来测试标准模型之外的理论,并有望复现秒定义。

  总编辑圈点

  自地球章动、四季更替而有时间,但现在所谓的“时间”,早已不再是一个笼统概念。科技进步和人类活动内容的丰富,让我们对时间度量的精准性要求越来越高。高精度的原子钟,代表着人类时间频率基准研究跨上一个新台阶,但同时,它又不仅限于作为一种计时装置出现,它还是大地测量、卫星定位等科研领域不可或缺的基础,更是经济建设、国防安全的重要一环。这也是当今发达国家纷纷加大投入研制改进一代又一代光钟的根本原因。

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