2013年7月19日 星期五

新型原子鐘穩定精度達3億年之一秒




英國國家物理實驗室中的鍶光晶格鐘,據稱它比之前建造的任何鍾都精確3倍以上。

  新浪環球地理訊香港時間7月19日消息,據美國國家地理網站報導,近日,來自巴黎天文台的一個物理學家小組測試了一種改進型的原子鐘,據稱其精度達到了3億年之一秒。這種鐘或許有一天會被用來重新定義“秒”的概念。

  這種新的原子鐘被稱為“光晶格鐘”(optical lattice clock),它利用激光和鍶原子的振盪來計時。光晶格鐘的精度極高,如果從大爆炸的時候開始計時的話,到現在總共約138億年的時間裡,它只少計算了約46秒。

  由於在精確解析時間方面的穩定性和一致性,使光晶格鐘從各種尖端的原子鐘之中脫穎而出。而正是由於它如此精密和穩定,或許最終可以被用來重新定義“秒”的標準。“比方說,你的手錶或許在這一天多了一秒,而在第二天少了一秒,”研究負責人,來自巴黎天文台的傑羅姆(Jerome Lodewyck)說,“平均下來,在一百萬年的時間裡,這隻手錶看上去似乎也相當精準,但事實上它並不穩定。”

  新的光晶格鐘已被證實相當穩定。傑羅姆及其團隊的研究顯示,在可測量的範圍內,兩個分開的光學時鐘能夠保持完美的同步。在精確度和穩定性上的飛躍,或許可以為眾多應用提供啟發,從天文學到理論物理學,從遠距離通信到GPS繪圖等等。例如,GPS衛星就需要精確的時間測量來進行三角定位。

  從20世紀60年代開始,原子鐘就已經被用於計時標準的製定。就像古老的落地鐘用鐘擺來計時一樣,原子鐘利用極其規律和可測量的銫原子振盪進行計時——9192631770次振盪所持續的時間即為1秒。

  新的光晶格鐘利用激光光束和鍶原子進行計時。鍶原子的振盪比銫原子更快,能將時間分割成更小的間隔,因此1秒鐘能夠被更精確地測定。

  “這些有點玄乎的描述——精確到3億年中的一秒之類的——對於門外漢來說非常有用,它能將我們實現的精確程度表達出來,但這並不能真正代表我們做這項工作的動機,”傑羅姆說,“我們感興趣的不是超長的時間尺度,而是極短的。”

  “3億年中的一秒意味著在一天之中,仍然有大約0.01納秒(十億分之一秒)的延遲,”他說,“這其實並非表面上看到的那麼微不足道,特別是當你想到光纖通信時,一個單一的遠程通信時間段就是1納秒的十分之一。”

  傑羅姆補充道:“不過,我並不是說現在的光通信領域就需要用到光晶格鐘,這也許在未來才能實現。我對將來光晶格鐘的實際應用十分有信心,就像當初的銫原子鐘一樣。”(任天)



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