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光學(xué)原子鐘讓“秒”的概念更準(zhǔn)確 科學(xué)家開展網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)比對實(shí)驗(yàn)
2025年06月19日 13:56:49
來源：化工儀器網(wǎng) 作者：小王 點(diǎn)擊量：3830
最近的一項(xiàng)新研究中，科學(xué)家們開展了迄今最全面的光鐘協(xié)調(diào)比對實(shí)驗(yàn)，科學(xué)家們在6個(gè)國家同步運(yùn)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(shí)間單位之一，同時(shí)也是國際單位制中時(shí)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(jì)運(yùn)作以及科學(xué)技術(shù)發(fā)展提供了基礎(chǔ)支撐，尤其是物理學(xué)、天文學(xué)中，對于“秒”的精準(zhǔn)定義有著非常高的依賴。
但“秒”的精準(zhǔn)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(diǎn)，我們先要明確如今我們計(jì)時(shí)所用的“秒”究竟是多長的時(shí)間。
傳統(tǒng)觀念中，一天有24小時(shí)，每個(gè)小時(shí)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(shí)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(shí)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(gè)超精細(xì)能階之間躍遷時(shí)所輻射的電磁波的周期的9,192,631,770倍 的時(shí)間。并且其中提到的銫原子必須在絕對零度時(shí)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(xué)上的歷書時(shí)所定義的秒是等效的。
并且為了更進(jìn)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(shí)間標(biāo)準(zhǔn)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(shí)確?？茖W(xué)研究對于時(shí)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(shí)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(xué)家依舊在尋找能夠更加精確的描述秒的儀器，光學(xué)原子鐘(以下簡稱“光鐘”)便在這個(gè)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(zhǔn)，通過用激光“注視”并測量原子的電子震動頻率來計(jì)時(shí)。根據(jù)相關(guān)資料介紹，其利用光學(xué)頻率比傳統(tǒng)微波原子鐘高4到5個(gè)數(shù)量級的特性，可實(shí)現(xiàn)飛秒(千萬億分之一秒)量級的時(shí)間測量精度。
并且就在最近的一項(xiàng)新研究中，科學(xué)家們開展了迄今最全面的光鐘協(xié)調(diào)比對實(shí)驗(yàn)?？茖W(xué)家們在6個(gè)國家同步運(yùn)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(shí)驗(yàn)是多臺光鐘同時(shí)比對，并結(jié)合了多種鏈路技術(shù)，因此較之前的實(shí)驗(yàn)，獲得了更豐富的信息。而這也有利于進(jìn)一步提升光鐘性能，為未來進(jìn)一步提升高精度計(jì)時(shí)能力，促進(jìn)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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