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新型光學(xué)原子鐘比銫鐘精度高千倍

5個月前 來源:中國科技網(wǎng) 觀看:113

德國聯(lián)邦物理技術(shù)研究院團隊成功開發(fā)出一系列先進(jìn)的光學(xué)原子鐘,其中包括單離子時鐘和光晶格時鐘。這些新型時鐘展示了前所未有的精度,可比現(xiàn)有的定義國際單位制中“秒”的銫原子鐘精確1000倍以上。相關(guān)研究成果發(fā)表在最新一期《物理評論快報》上。MF5即熱新聞——關(guān)注每天科技社會生活新變化gihot.com

下一代原子鐘利用激光頻率作為計時基礎(chǔ),其頻率大約是當(dāng)前銫原子鐘所使用的微波頻率的100000倍。盡管還在評估階段,但部分現(xiàn)有光學(xué)原子鐘的準(zhǔn)確性已經(jīng)達(dá)到了銫鐘的100倍。隨著進(jìn)一步的測試和全球范圍內(nèi)的對比,它們有望成為重新定義“秒”的關(guān)鍵工具。MF5即熱新聞——關(guān)注每天科技社會生活新變化gihot.com

在光學(xué)原子鐘的工作原理中,原子被特定頻率的激光照射,這導(dǎo)致原子改變其量子態(tài)。為了確保這種轉(zhuǎn)變發(fā)生,必須保護(hù)原子不受外界干擾,并且要精確測量任何剩余的影響。對于含有囚禁離子的光學(xué)原子鐘而言,這一過程特別有效。離子可以被電場捕獲,在真空中保持在極小的空間內(nèi),從而實現(xiàn)接近理想、無干擾的量子系統(tǒng)。因此,離子鐘的相對系統(tǒng)不確定度能夠達(dá)到小數(shù)點后18位以外的水平。換句話說,如果從宇宙大爆炸開始計時,這樣的時鐘最多只會有一秒的誤差。MF5即熱新聞——關(guān)注每天科技社會生活新變化gihot.com

傳統(tǒng)上,這些時鐘依賴于單一的時鐘離子發(fā)出的信號,需要長時間(有時長達(dá)兩周)來測量頻率。為提高效率,新開發(fā)的時鐘引入了并行化處理,即多個不同種類的離子可以在同一離子阱中同時被捕獲。這些離子相互作用形成晶體結(jié)構(gòu),并結(jié)合不同類型的離子特性來增強性能。MF5即熱新聞——關(guān)注每天科技社會生活新變化gihot.com

此次團隊選擇了銦離子,因其具備實現(xiàn)高精度的優(yōu)越屬性,并添加鐿離子用于有效冷卻。同時,他們通過創(chuàng)新方法解決了既往難點,使得新時鐘精度接近小數(shù)點后18位。MF5即熱新聞——關(guān)注每天科技社會生活新變化gihot.com

在比較測量中涉及了德國聯(lián)邦物理技術(shù)研究院的另外兩個光學(xué)時鐘系統(tǒng)和一個微波時鐘系統(tǒng)——單離子鐿鐘、鍶晶格鐘以及銫噴泉鐘。銦鐘與鐿鐘之間的比率首次達(dá)到了總體不確定度的要求,符合重新定義“秒”所需的嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)。MF5即熱新聞——關(guān)注每天科技社會生活新變化gihot.com

該方案預(yù)示著新一代高度穩(wěn)定和精確的光學(xué)離子鐘的到來。它不僅適用于其他類型的離子,而且為全新的時鐘概念鋪平了道路。MF5即熱新聞——關(guān)注每天科技社會生活新變化gihot.com

德國聯(lián)邦物理技術(shù)研究院團隊成功開發(fā)出一系列先進(jìn)的光學(xué)原子鐘,其中包括單離子時鐘和光晶格時鐘。這些新型時鐘展示了前所未有的精度,可比現(xiàn)有的定義國際單位制中“秒”的銫原子鐘精確1000倍以上。相關(guān)研究成果發(fā)表在最新一期《物理評論快報》上。MF5即熱新聞——關(guān)注每天科技社會生活新變化gihot.com

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