|
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?蒲腥藛T根據接收到不同衛(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。就是將地球自轉的周期等分為86400份,據此得到秒長。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,準確度也相應會提高,因此其準確度可以高幾個量級!狈糠冀忉,這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、檢驗物理常數變化、發(fā)現(xiàn)暗物質等前沿物理領域都可以發(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) |