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        3. 原子鐘比較測量精度創新高,首次達到小數點后十八位|總編輯圈點

          2021-03-25 01:00:00 來源: 科技日報 作者: 張夢然

          博爾德原子鐘光學網絡系統概述。(圖片來源:《自然》在線版

          科技日報記者 張夢然

          科學家們正在以空前準確度部署并比較原子鐘。據英國《自然》雜志24日發表的一項物理學最新成果,科學家以迄今最高的準確度詳細比較了基于鋁、鍶、鐿的三種原子鐘,該研究為下一步部署可移動、機載、遠程光鐘網絡奠定了基礎,并朝著更精準復現秒定義的目標邁出了極其重要的一步。

          原子鐘的準確度使其成為了計時和其他精確測量的絕佳工具。原子鐘的運行是采用測量一種穩定的原子能級之間的躍遷頻率作為計時方法,經過改進后,這種計時方式遠比過去的天文鐘和石英震蕩鐘都要精密和穩定得多。這是因為原子會在特定頻率發射和吸收光子,這個過程基本不會受任何環境因素的干擾。

          此前,科學家曾演示過頻率準確度達小數點后18位的原子鐘,超過了目前用于定義秒的銫原子鐘。不過,為了獲得更準確的秒定義,就必須對這些原子鐘進行比較。迄今為止,不同光鐘(使用不同種類的原子)頻率比值的最高測量準確度,能把測量不確定度降到小數點后17位。

          此次,來自美國國家標準與技術研究院、博爾德原子鐘光學網絡聯盟的研究人員,部署了一個三種原子鐘組成的網絡。他們將這些原子鐘分別放置在美國科羅拉多州博爾德市各個地點的大樓里,并比較了它們在2017年11月至2018年6月間各自的頻率比值。

          研究團隊發現,他們在比較這些原子鐘時獲得的測量精度范圍,可以達到小數點后18位。這次報道的測量結果是頻率比值不確定度首次小于小數點后17位。

          原子鐘可在未來的宇宙天體、人造衛星、地形地貌、半導體芯片等研究應用中發揮巨大價值。在同時發表的新聞觀點文章中,英國國家物理實驗室科學家里切爾·高頓認為,新的研究結果為未來部署光鐘網絡奠定了基礎,該網絡將能用來測試標準模型之外的理論,并有望復現秒定義。

          總編輯圈點

          自地球章動、四季更替而有時間,但現在所謂的“時間”,早已不再是一個籠統概念??萍歼M步和人類活動內容的豐富,讓我們對時間度量的精準性要求越來越高。高精度的原子鐘,代表著人類時間頻率基準研究跨上一個新臺階,但同時,它又不僅限于作為一種計時裝置出現,它還是大地測量、衛星定位等科研領域不可或缺的基礎,更是經濟建設、國防安全的重要一環。這也是當今發達國家紛紛加大投入研制改進一代又一代光鐘的根本原因。

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          責任編輯: 左常睿
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