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鍶原子光晶格鐘：35億年不差一秒信息來源：https://www.nim.ac.cn/node/2513 逝者如斯夫，不舍晝夜。對于兩千多年前的古人來說，時間就是晝夜交替。對于今天的科學家而言，時間是原子的“跳動”。 在中國計量科學研究院，有一種特殊的計時設(shè)備——鍶原子光晶格鐘。它以鍶原子的躍遷頻率作為時間計量標準。而且，可以把時間測量的準確度提高到35億年不差一秒。 時間這么精確有什么用？大有用處！而且，科技越發(fā)展，用處越大！ 就拿已深入每個人生活的全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)來說，精密時間測量發(fā)揮了重要作用。導航系統(tǒng)需要多顆導航衛(wèi)星組網(wǎng)運行，每顆衛(wèi)星上都放置有特殊的高準確度的鐘，將時間發(fā)送到地面。科研人員根據(jù)接收到不同衛(wèi)星信號的時間差和坐標，計算出地面的具體位置。在這個過程中，時間越精確，時間差的測量誤差就越小，定位的準度就越高。 中國計量院時間頻率研究所所長房芳告訴記者，高精度的時間測量還在5G通信、航天發(fā)射和測控、智慧城市等領(lǐng)域有著不可替代的作用。 不過，要實現(xiàn)高精度的時間測量，并不容易。在很長的歷史里，人類計時一直用的是天文秒。就是將地球自轉(zhuǎn)的周期等分為86400份，據(jù)此得到秒長。天文秒取決于地球運動的周期，會隨地球運動速率的變化而變化，不夠穩(wěn)定，這自然也會影響其準確度。 隨著量子物理的發(fā)展，科學家發(fā)現(xiàn)某些量子現(xiàn)象的穩(wěn)定性遠遠優(yōu)于天文現(xiàn)象，非常適合作為時間頻率基準，于是提出原子秒，并將其定義到銫-133原子躍遷頻率上，即銫-133原子振蕩91億9263萬1770次為1秒。中國計量院研制的銫原子噴泉鐘，準確度達到6000萬年不差一秒。 銫原子噴泉鐘屬于微波鐘，它采用的是原子躍遷吸收微波波段的頻率�！岸J原子光晶格鐘的光學頻率比微波頻率更穩(wěn)定，穩(wěn)定度提高后，準確度也相應(yīng)會提高，因此其準確度可以高幾個量級�！狈糠冀忉專@種基于光學頻率的原子鐘又被稱為光鐘。 中國計量院從2005年開始自主研制鍶原子光晶格鐘，并不斷改進，相對頻率準確度目前可達到10-18秒，相當于35億年不差一秒，未來還可能提高到上百億年不差一秒。 目前，科學界正在探討未來進一步修改秒的定義的方案，使時間測量更精準。鍶原子光晶格鐘等光鐘，頻率更穩(wěn)定，測量的結(jié)果也更準確，為進一步修改秒定義提供了現(xiàn)實可能性。 當然，光鐘更加直接的作用，是作為時間頻率計量的基準。鐘表走得快了還是慢了，必須有一個最終的參照，光鐘就承擔這樣的角色。 光鐘還可以用來探測引力波。引力波出現(xiàn)時會改變引力勢，而引力勢會改變光鐘的頻率。光鐘的準度越高，越有利于探測引力波。此外，光鐘在驗證相對論、檢驗物理常數(shù)變化、發(fā)現(xiàn)暗物質(zhì)等前沿物理領(lǐng)域都可以發(fā)揮重要作用。 逝者如斯夫，我們的科研人員正在為實現(xiàn)更精準的時間測量而不舍晝夜地工作著。(來源：《光明日報》2022年05月07日 01版 作者：陳海波) |
