科學(xué)家們正在以空前準(zhǔn)確度部署并比較原子鐘。據(jù)英國(guó)《自然》雜志24日發(fā)表的一項(xiàng)物理學(xué)最新成果，科學(xué)家以迄今最高的準(zhǔn)確度詳細(xì)比較了基于鋁、鍶、鐿的三種原子鐘，該研究為下一步部署可移動(dòng)、機(jī)載、遠(yuǎn)程光鐘網(wǎng)絡(luò)奠定了基礎(chǔ)，并朝著更精準(zhǔn)復(fù)現(xiàn)秒定義的目標(biāo)邁出了極其重要的一步。

原子鐘的準(zhǔn)確度使其成為了計(jì)時(shí)和其他精確測(cè)量的絕佳工具。原子鐘的運(yùn)行是采用測(cè)量一種穩(wěn)定的原子能級(jí)之間的躍遷頻率作為計(jì)時(shí)方法，經(jīng)過(guò)改進(jìn)后，這種計(jì)時(shí)方式遠(yuǎn)比過(guò)去的天文鐘和石英震蕩鐘都要精密和穩(wěn)定得多。這是因?yàn)樵訒?huì)在特定頻率發(fā)射和吸收光子，這個(gè)過(guò)程基本不會(huì)受任何環(huán)境因素的干擾。

此前，科學(xué)家曾演示過(guò)頻率準(zhǔn)確度達(dá)小數(shù)點(diǎn)后18位的原子鐘，超過(guò)了目前用于定義秒的銫原子鐘。不過(guò)，為了獲得更準(zhǔn)確的秒定義，就必須對(duì)這些原子鐘進(jìn)行比較。迄今為止，不同光鐘(使用不同種類(lèi)的原子)頻率比值的最高測(cè)量準(zhǔn)確度，能把測(cè)量不確定度降到小數(shù)點(diǎn)后17位。

此次，來(lái)自美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)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(gè)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(guó)科羅拉多州博爾德市各個(gè)地點(diǎn)的大樓里，并比較了它們?cè)?017年11月至2018年6月間各自的頻率比值。

研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，他們?cè)诒容^這些原子鐘時(shí)獲得的測(cè)量精度范圍，可以達(dá)到小數(shù)點(diǎn)后18位。這次報(bào)道的測(cè)量結(jié)果是頻率比值不確定度首次小于小數(shù)點(diǎn)后17位。

原子鐘可在未來(lái)的宇宙天體、人造衛(wèi)星、地形地貌、半導(dǎo)體芯片等研究應(yīng)用中發(fā)揮巨大價(jià)值。在同時(shí)發(fā)表的新聞?dòng)^點(diǎn)文章中，英國(guó)國(guó)家物理實(shí)驗(yàn)室科學(xué)家里切爾·高頓認(rèn)為，新的研究結(jié)果為未來(lái)部署光鐘網(wǎng)絡(luò)奠定了基礎(chǔ)，該網(wǎng)絡(luò)將能用來(lái)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)模型之外的理論，并有望復(fù)現(xiàn)秒定義。

總編輯圈點(diǎn)

自地球章動(dòng)、四季更替而有時(shí)間，但現(xiàn)在所謂的“時(shí)間”，早已不再是一個(gè)籠統(tǒng)概念。科技進(jìn)步和人類(lèi)活動(dòng)內(nèi)容的豐富，讓我們對(duì)時(shí)間度量的精準(zhǔn)性要求越來(lái)越高。高精度的原子鐘，代表著人類(lèi)時(shí)間頻率基準(zhǔn)研究跨上一個(gè)新臺(tái)階，但同時(shí)，它又不僅限于作為一種計(jì)時(shí)裝置出現(xiàn)，它還是大地測(cè)量、衛(wèi)星定位等科研領(lǐng)域不可或缺的基礎(chǔ)，更是經(jīng)濟(jì)建設(shè)、國(guó)防安全的重要一環(huán)。這也是當(dāng)今發(fā)達(dá)國(guó)家紛紛加大投入研制改進(jìn)一代又一代光鐘的根本原因。

關(guān)鍵詞： 原子鐘 測(cè)量精度 秒定義