光晶格鍾

光晶格鍾

光晶格鍾是一種使用了雷射束的時鐘,雷射束比微波射線振動的更快,因此可以以更短的間隔分隔時間,能更準確的測定時間。光晶格鍾每3億年才會出現1秒誤差,其準確度是原子鐘的三倍。它以曾獲得諾貝爾物理學獎的光梳技術為基礎。光梳擁有一系列頻率均勻分布的頻譜,這些頻譜仿佛一把梳子上的齒或一根尺子上的刻度。光梳可以用來測定未知頻譜的具體頻率,其精確度目前已經達到小數點後15位。研究人員把用紅色雷射冷卻的超低溫鍶原子封閉到被稱為光晶格的“容器”里,這樣原子的各種外來擾動被消除,可以充當鐘的振盪器。鐿原子受黑體輻射的影響小,其核自旋也較小。從理論上講,用鐿原子製成的光晶格鍾比傳統的鍶原子光晶格鍾性能更高。

簡介

光晶格鍾是一種使用了雷射束的時鐘,雷射束比微波射線振動的更快,因此可以以更短的間隔分隔時間,能更準確的測定時間。光晶格鍾每3億年才會出現1秒誤差,其準確度是原子鐘的三倍。

光晶格鍾除用來測量時間外,由於其對重力的影響極其敏感,還可以用於驗證愛因斯坦的廣義相對論

原理

光晶格鍾以曾獲得諾貝爾物理學獎的光梳技術為基礎。光梳擁有一系列頻率均勻分布的頻譜,這些頻譜仿佛一把梳子上的齒或一根尺子上的刻度。

光梳可以用來測定未知頻譜的具體頻率,其精確度目前已經達到小數點後15位。研究人員把用紅色雷射冷卻的超低溫鍶原子封閉到被稱為光晶格的“容器”里,這樣原子的各種外來擾動被消除,可以充當鐘的振盪器。

鐿原子受黑體輻射的影響小,其核自旋也較小。從理論上講,用鐿原子製成的光晶格鍾比傳統的鍶原子光晶格鍾性能更高。

精準度

光晶格鍾理論上每天僅誤差10-18 秒,比銫原子鐘精確1000倍。

用途

光晶格鍾除用來測量時間外,還可以用於驗證愛因斯坦的廣義相對論。

研究進展

光晶格鍾光晶格鍾

1、2006年,日本東京大學研究人員稱,他們正在研發的光晶格鍾將角逐新一代國際標準原子鐘的地位,希望能成為新的全球計時標準。

2、2011年,日本專家組成的一個研究小組研製出迄今為止製造的精準度最高的原子鐘。這台光晶格鍾靈敏度極高,能夠探測到地球引力發生的變化,允許科學家測量時間的精度達到令人吃驚的17位數。此外,它也可用於大幅改進GPS跟蹤系統,探測最小10厘米的高度差。

3、2011年,日本信息通信研究機構與東京大學對雙方獨立研發的光晶格鍾生成的頻率進行了比較實驗,確認這兩個鍾都達到了6500萬年僅誤差1秒的高精確度。這項成果有望用於對“1秒”進行更精準的定義。

4、2012年11月1日,日本產業技術綜合研究所發表公報說,該所開發的鐿原子光晶格鍾運轉900萬年才出現一秒的誤差,在國際度量衡局會議上被選為秒的新定義標準器的候補隊員。

5、2013年7月9日,據英國《自然》雜誌網站報導,法國巴黎天文台吉勒莫·洛德韋克和同事證明,兩台先進的光晶格鍾(OLC)的運行步調幾乎完全一致,精確度最少可達1.5×10-16。如果想用OLC重新定義秒的話,這種一致性測試必不可少,因此,這一最新研究有望讓科學家們重新定義秒。

鍶原子光晶格鍾鍶原子光晶格鍾
6、2014年1月,由美國國家標準與技術研究所(NIST)和科羅拉多大學共同創建的美國天體物理聯合實驗室(JILA)共同推出了時間上最精準的鍶原子光晶格鍾,其50億年才會產生1秒誤差。
鍶原子光晶格鍾是一種光原子鐘。在它的雷射束中,每一個光學晶格都擁有上千個中性鍶原子,而這種中性鍶原子每秒可進行430萬億次的“滴答”。不同於原子鐘的僅一個離子在量子態下來回翻轉,鍶原子光晶格鍾可在每一次“滴答”中能夠產生上千個原子的波動,這無疑讓後者在更短的時間內就能達到跟前者一樣的精準度。
對此,NIST表示,鍶原子光晶格鐘的穩定性並不亞於其在去年研發出來的鐿原子鐘。不過,鍶原子光晶格鐘的精確度卻要比鐿原子鐘高出近50%。這使得鍶原子光晶格鍾成為了自20世紀90年代出現銫原子噴泉鍾之後首款既能保證穩定性又能擁有超高精確度的時鐘。

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