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光學原子鐘讓“秒”的概念更準確 科學家開展網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)比對實驗
2025年06月19日 13:56:49
來源：化工儀器網(wǎng) 作者：小王 點擊量：243
最近的一項新研究中，科學家們開展了迄今最全面的光鐘協(xié)調(diào)比對實驗，科學家們在6個國家同步運行多臺光鐘及其連接鏈路，跨越數(shù)千公里，協(xié)調(diào)比對了6國共10臺不同類型的光鐘，完成了38組頻率比對。
秒是我們生活中常用的時間單位之一，同時也是國際單位制中時間的基本單位， 一方面它的存在方便了我們的日常交流與記錄，另一方面，“秒”也為現(xiàn)代社會經(jīng)濟運作以及科學技術(shù)發(fā)展提供了基礎(chǔ)支撐，尤其是物理學、天文學中，對于“秒”的精準定義有著非常高的依賴。
但“秒”的精準的定義就是是什么，對于大多數(shù)人來說，或許就很陌生了。要了解這一點，我們先要明確如今我們計時所用的“秒”究竟是多長的時間。
傳統(tǒng)觀念中，一天有24小時，每個小時由60分鐘組成，而每分鐘又可以分出60秒。日夜交替為一天，即地球自轉(zhuǎn)一周的時間，因此1秒在我們的生活常識中，就是1/86400天。這也是我們?nèi)粘Ｉ钪忻枋鰰r間的基本方式。
然而在科研領(lǐng)域，秒并非是這么界定的。在現(xiàn)行國際單位制下，秒的長度是銫-133原子基態(tài)的兩個超精細能階之間躍遷時所輻射的電磁波的周期的9,192,631,770倍 的時間。并且其中提到的銫原子必須在絕對零度時是靜止的，而且所在的環(huán)境是零磁場、海平面。在這樣的情況下被定義的秒，與天文學上的歷書時所定義的秒是等效的。
并且為了更進一步的保證全球“秒”的速度或者說長度是一致的，幾十年來，全球統(tǒng)一的時間標準一直基于多臺銫微波原子鐘信號的平均值。而這一切也確實確?？茖W研究對于時間的精確性需求，并為通信技術(shù)、信息技術(shù)等與我們生活休戚相關(guān)的技術(shù)發(fā)展提供了幫助，同時也為量子技術(shù)、深空探測等未來技術(shù)打下了基礎(chǔ)。
然而為了更好的為未來技術(shù)發(fā)展提供支撐，在銫鐘的基礎(chǔ)上，科學家依舊在尋找能夠更加精確的描述秒的儀器，光學原子鐘(以下簡稱“光鐘”)便在這個背景下誕生并發(fā)展起來。光鐘以原子在光波波段躍遷頻率為基準，通過用激光“注視”并測量原子的電子震動頻率來計時。根據(jù)相關(guān)資料介紹，其利用光學頻率比傳統(tǒng)微波原子鐘高4到5個數(shù)量級的特性，可實現(xiàn)飛秒(千萬億分之一秒)量級的時間測量精度。
并且就在最近的一項新研究中，科學家們開展了迄今最全面的光鐘協(xié)調(diào)比對實驗?？茖W家們在6個國家同步運行多臺光鐘及其連接鏈路，跨越數(shù)千公里，協(xié)調(diào)比對了6國共10臺不同類型的光鐘，完成了38組頻率比對。并且其中4組為首次直接比對。值得一提的是，由于此次實驗是多臺光鐘同時比對，并結(jié)合了多種鏈路技術(shù)，因此較之前的實驗，獲得了更豐富的信息。而這也有利于進一步提升光鐘性能，為未來進一步提升高精度計時能力，促進GPS、電網(wǎng)調(diào)度、金融交易等現(xiàn)代技術(shù)發(fā)展提供幫助。
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