原子鐘比對測量的準確度達到了一個新的高度
科學(xué)家們正在以前所未有的精確度部署和比較原子鐘。根據(jù)英國"自然"(Nature)雜志24日發(fā)表的最新物理結(jié)果，科學(xué)家們詳細比較了三種基于鋁、鍶和鐿的原子鐘，并為下一步部署移動、機載和遠程光學(xué)時鐘網(wǎng)絡(luò)奠定了基礎(chǔ)，并朝著更準確地重復(fù)第二種定義的目標邁出了極其重要的一步。
原子鐘的精確性使它成為計時和其他精確測量的極好工具。原子鐘的工作是測量穩(wěn)定的原子能水平之間的轉(zhuǎn)換頻率，作為計時方法。經(jīng)過改進后，這種計時方法比過去的天文鐘和石英沖擊鐘精確得多，穩(wěn)定得多。這是因為原子以特定頻率發(fā)射和吸收光子，這一過程在很大程度上不受任何環(huán)境因素的干擾。
以前，科學(xué)家已經(jīng)證明，頻率精度達到小數(shù)點18位的原子鐘，超過了目前用來定義秒的銫原子鐘。然而，為了更準確地定義秒，必須對這些原子鐘進行比較。迄今為止，不同的光鐘(使用不同種類的原子)的頻率比測量精度最高，可以將測量的不確定度降低到小數(shù)的17位。
此次，來自美國國家標準與技術(shù)研究院、博爾德原子鐘光學(xué)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)盟的研究人員，部署了一個三種原子鐘組成的網(wǎng)絡(luò)。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。
研究小組發(fā)現(xiàn)，他們在比較這些原子鐘時所獲得的測量精度范圍高達小數(shù)點18位。這份報告的結(jié)果顯示，頻率比的不確定度首次小于小數(shù)點之后的17位數(shù)。
原子鐘可以在未來宇宙天體、人造衛(wèi)星、地形地貌、半導(dǎo)體芯片等領(lǐng)域的研究和應(yīng)用中發(fā)揮重要作用。在同時發(fā)表的一篇新聞評論文章中，國家物理實驗室的科學(xué)家雷切爾·戈登(Rachel Gordon)說，這些新發(fā)現(xiàn)為未來部署光學(xué)時鐘網(wǎng)絡(luò)奠定了基礎(chǔ)，該網(wǎng)絡(luò)將用于測試標準模型以外的理論，并有望復(fù)制第二個定義。
