每3000億年誤差一秒！世界上最精確的鐘表問(wèn)世

阿明哥哥資料區(qū) 2022-03-14

展開(kāi)全文

美國(guó)當(dāng)?shù)貢r(shí)間周三在《自然》雜志上發(fā)表的一項(xiàng)新研究結(jié)果，威斯康星大學(xué)麥迪遜分校研究人員開(kāi)發(fā)出有史以來(lái)精度最高的原子鐘之一，每3000億年誤差僅1秒鐘，可進(jìn)一步提高引力波、暗物質(zhì)探測(cè)精度。

原子鐘的功能是利用激光來(lái)計(jì)算單個(gè)原子來(lái)回移動(dòng)的時(shí)間。由于其精確性，原子鐘被用來(lái)制定協(xié)調(diào)世界時(shí)間的標(biāo)準(zhǔn)，這是世界上調(diào)節(jié)時(shí)間本身的主要標(biāo)準(zhǔn)。原子鐘也被用于科學(xué)的研究目的，如美國(guó)宇航局（NASA）的深空原子鐘實(shí)驗(yàn)。

在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，研究人員使用了所謂的光學(xué)晶格，這是一種激光網(wǎng)，用于將原子捕獲在適當(dāng)?shù)奈恢?，以便可以觀察到它們。這是一種用于最新一代原子鐘的技術(shù)，通過(guò)激光波提供更精確的計(jì)時(shí)，這些晶格也可用于量子模擬。

在這里，兩個(gè)原子鐘讀數(shù)取自同一原子云，處于高度受控的能量狀態(tài)。事實(shí)上，原子在兩個(gè)能級(jí)之間完美同步運(yùn)行了 37 秒，創(chuàng)下了量子相干性（即保持量子態(tài)穩(wěn)定）的記錄——而這種穩(wěn)定性對(duì)于這些測(cè)量至關(guān)重要。

這使科學(xué)家們能夠在兩個(gè)不同的點(diǎn)讀取讀數(shù)，測(cè)量大約 100,000 個(gè)超冷鍶原子云中的紅移。紅移顯示了原子輻射頻率沿電磁波譜的變化——或者換句話說(shuō)，原子鐘滴答作響的速度。

雖然在這個(gè)微小距離上的紅移差異僅為 0.0000000000000000001 左右，但這與廣義相對(duì)論的預(yù)測(cè)一致。當(dāng)您達(dá)到整個(gè)宇宙的規(guī)模時(shí)，甚至當(dāng)您處理需要超精確的系統(tǒng)（例如 GPS 導(dǎo)航）時(shí)，這些差異可能會(huì)產(chǎn)生影響。

一般而言，原子鐘通過(guò)追蹤原子“共振”頻率測(cè)量時(shí)間，通常采用銣和銫原子，能達(dá)到相當(dāng)高測(cè)量精度。激光性能會(huì)限制原子鐘精度。威斯康星大學(xué)麥迪遜分校研究團(tuán)隊(duì)另辟蹊徑，精確測(cè)量?jī)蓚€(gè)原子鐘的差異，由于磁場(chǎng)或重力的變化，環(huán)境略微不同的兩組原子會(huì)以不同頻率“振動(dòng)”。他們進(jìn)行了逾1000次試驗(yàn)，不斷提高精度。

最終，研究人員測(cè)量到兩個(gè)原子鐘“振動(dòng)”頻率的差異，把原子鐘精度提高到每3000億年誤差僅1秒。

在這之前最精確的鐘表是140億年內(nèi)誤差不超過(guò)1/10秒。

2020年底，《自然》雜志刊載了一篇來(lái)自美國(guó)麻省理工學(xué)院研究人員的成果報(bào)道，這些研究人員利用量子糾纏現(xiàn)象新設(shè)計(jì)出一種原子鐘，如果運(yùn)行約140億年（大約是當(dāng)前宇宙的年齡），該原子鐘可將時(shí)間精度保持在十分之一秒之內(nèi)。而在同樣的時(shí)間框架內(nèi)，此前最先進(jìn)的原子鐘偏差在半秒左右。

與生活中常見(jiàn)的鬧鐘、手表等計(jì)時(shí)器不同，我們?cè)谌粘Ｉ钪泻茈y一窺原子鐘的真面目。事實(shí)上，原子鐘既高大上又接地氣。說(shuō)它高大上，是因?yàn)樗蛟S能幫助解碼宇宙中神秘莫測(cè)的信號(hào)；說(shuō)它接地氣，是因?yàn)槿绻麤](méi)有它的幫助，手機(jī)上的導(dǎo)航就會(huì)把你帶偏不止一點(diǎn)點(diǎn)。

衛(wèi)星定位系統(tǒng)都是通過(guò)獲得衛(wèi)星和用戶接收機(jī)之間的距離來(lái)計(jì)算的，而距離等于傳播時(shí)間乘以光速，因此精確的距離測(cè)量實(shí)際上就是精確的時(shí)間測(cè)量。沒(méi)有高精度的時(shí)頻，衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)就不可能實(shí)現(xiàn)高精度的導(dǎo)航與定位。所謂失之毫“秒”謬以千里，這正是原子鐘大顯身手的地方。

本站是提供個(gè)人知識(shí)管理的網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)空間，所有內(nèi)容均由用戶發(fā)布，不代表本站觀點(diǎn)。請(qǐng)注意甄別內(nèi)容中的聯(lián)系方式、誘導(dǎo)購(gòu)買(mǎi)等信息，謹(jǐn)防詐騙。如發(fā)現(xiàn)有害或侵權(quán)內(nèi)容，請(qǐng)點(diǎn)擊一鍵舉報(bào)。

轉(zhuǎn)藏 分享

QQ空間 QQ好友新浪微博微信

獻(xiàn)花（0） +1

來(lái)自：阿明哥哥資料區(qū) > 《27.精密加工.特殊加工》

舉報(bào)/認(rèn)領(lǐng)