原子钟比对测量的准确度达到了一个新的高度

科学家们正在以前所未有的精确度部署和比较原子钟。根据英国"自然"(Nature)杂志24日发表的最新物理结果,科学家们详细比较了三种基于铝、锶和镱的原子钟,并为下一步部署移动、机载和远程光学时钟网络奠定了基础,并朝着更准确地重复第二种定义的目标迈出了极其重要的一步。


原子钟的精确性使它成为计时和其他精确测量的极好工具。原子钟的工作是测量稳定的原子能水平之间的转换频率,作为计时方法。经过改进后,这种计时方法比过去的天文钟和石英冲击钟精确得多,稳定得多。这是因为原子以特定频率发射和吸收光子,这一过程在很大程度上不受任何环境因素的干扰。


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以前,科学家已经证明,频率精度达到小数点18位的原子钟,超过了目前用来定义秒的铯原子钟。然而,为了更准确地定义秒,必须对这些原子钟进行比较。迄今为止,不同的光钟(使用不同种类的原子)的频率比测量精度最高,可以将测量的不确定度降低到小数的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。


研究小组发现,他们在比较这些原子钟时所获得的测量精度范围高达小数点18位。这份报告的结果显示,频率比的不确定度首次小于小数点之后的17位数。


原子钟可以在未来宇宙天体、人造卫星、地形地貌、半导体芯片等领域的研究和应用中发挥重要作用。在同时发表的一篇新闻评论文章中,国家物理实验室的科学家雷切尔·戈登(Rachel Gordon)说,这些新发现为未来部署光学时钟网络奠定了基础,该网络将用于测试标准模型以外的理论,并有望复制第二个定义。

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