新型光學(xué)原子鐘精確度打破紀(jì)錄
據(jù)國(guó)外媒體報(bào)道,研究人員測(cè)定了新型光學(xué)原子鐘的性能,其精確度打破了此前的紀(jì)錄。這一成果意味著新一代光學(xué)原子鐘已經(jīng)非常精確和穩(wěn)定,這對(duì)重新定義“一秒鐘”的官方長(zhǎng)度有重要意義。目前,官方定義的“一秒鐘”是基于微波原子鐘的結(jié)果。項(xiàng)目領(lǐng)導(dǎo)人之一、美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)研究院(NIST)研究人員Andrew Ludlow說:“對(duì)‘一秒鐘’進(jìn)行更準(zhǔn)確的定義以及開發(fā)更好的計(jì)時(shí)系統(tǒng),對(duì)通信和導(dǎo)航系統(tǒng)的發(fā)展很關(guān)鍵。此外,準(zhǔn)確的計(jì)時(shí)系統(tǒng)還能為探索未知的物理現(xiàn)象提供更精確的測(cè)量結(jié)果。”相關(guān)研究成果刊登于《光學(xué)設(shè)計(jì)》雜志。Ludlow補(bǔ)充說:“光學(xué)時(shí)鐘可能具有更高的精確度,但要超出當(dāng)前‘秒’定義的限制,證明這些計(jì)時(shí)裝置的真正準(zhǔn)確性,就必須直接對(duì)各種類型的光學(xué)時(shí)鐘進(jìn)行高質(zhì)量比較。” 時(shí)鐘的工作原理是:計(jì)算具有已知頻率的重復(fù)事件,例如鐘擺的擺動(dòng)。對(duì)于傳統(tǒng)原子鐘而言,銫原子的自然振蕩是周期性事件,其頻率位于電磁頻譜的微波區(qū)。1967年以來,國(guó)際單位制(SI)將秒定義為由這些振蕩產(chǎn)生的微波信號(hào)的9192631770個(gè)周期中所經(jīng)歷的時(shí)間。光學(xué)原子鐘使用的原子一般是鐿和鍶,其振蕩頻率大約是微波頻率的10萬倍,處于電磁譜的可見區(qū)域。頻率更高的光學(xué)時(shí)鐘比微波原子鐘走得更“快”,這使得它們隨著時(shí)間的推移更為精確和穩(wěn)定。研究人員Tara Fortier解釋說:“光學(xué)時(shí)鐘測(cè)量的頻率越高,通常越容易降低環(huán)境對(duì)原子的影響。這一顯著優(yōu)勢(shì)有望使緊湊型光學(xué)時(shí)鐘系統(tǒng)的開發(fā)成為現(xiàn)實(shí)。這類系統(tǒng)可在非常廣泛的應(yīng)用環(huán)境中保持高性能。” 為了證實(shí)光學(xué)時(shí)鐘記錄的時(shí)間與當(dāng)前使用的標(biāo)準(zhǔn)銫原子鐘的記錄值是匹配的,研究人員將NIST的鐿光學(xué)原子鐘的頻率轉(zhuǎn)換到微波區(qū)域,并將其與全球銫原子鐘的數(shù)據(jù)進(jìn)行了比對(duì)。他們發(fā)現(xiàn),鐿光學(xué)時(shí)鐘頻率測(cè)量的不確定度為2.1×10-16,這大致相當(dāng)于在宇宙年齡(140億年)中損失了100秒。這一結(jié)果創(chuàng)造了光學(xué)時(shí)鐘的銫參考測(cè)量值的新準(zhǔn)確度紀(jì)錄。 |