來(lái)源：參考消息網(wǎng)

編譯：王萌

據(jù)《西班牙人報(bào)》網(wǎng)站6月12日?qǐng)?bào)道，通過(guò)把六個(gè)不同國(guó)家的光學(xué)時(shí)鐘連接，一個(gè)國(guó)際研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了迄今為止最全面的光學(xué)時(shí)鐘——一種非常精確的原子鐘——協(xié)調(diào)比較。研究人員在發(fā)表于《光學(xué)》雜志上的研究中指出，這項(xiàng)跨越數(shù)千公里的實(shí)驗(yàn)是朝著重新定義“秒”的概念，以及最終建立全球光學(xué)時(shí)間尺度邁出的重要一步。

鐿離子光鐘中具有超穩(wěn)定頻率的激光。圖片來(lái)源：美國(guó)科學(xué)促進(jìn)會(huì)優(yōu)瑞科網(wǎng)站

研究人員通過(guò)在六個(gè)國(guó)家進(jìn)行跨越數(shù)千公里的光學(xué)時(shí)鐘比較，邁出了建立全球時(shí)間新標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)鍵一步。

英國(guó)國(guó)家物理實(shí)驗(yàn)室的時(shí)間和頻率負(fù)責(zé)人海倫·馬戈利斯指出：“原子鐘提供的精確時(shí)間和頻率信號(hào)對(duì)于許多日常技術(shù)至關(guān)重要，比如全球定位系統(tǒng)、電網(wǎng)管理和金融交易同步等。”

“我們的發(fā)現(xiàn)可以幫助提高下一代光學(xué)時(shí)鐘的性能，這將使全新的應(yīng)用和依賴(lài)于時(shí)間和頻率的科學(xué)進(jìn)步成為可能。”馬戈利斯說(shuō)。

光學(xué)時(shí)鐘是一種原子鐘，使用激光以受控的方式激發(fā)原子，從而使其在特定的能級(jí)之間躍遷。這種躍遷發(fā)生在極其精確的頻率上，這些頻率相當(dāng)于普通鐘表的“滴答”聲。

由于光學(xué)時(shí)鐘以多種形式存在，每種都使用不同的原子來(lái)測(cè)量時(shí)間，因此要充分利用光學(xué)時(shí)鐘的潛力就需要在長(zhǎng)距離上進(jìn)行比較。

此次研究同時(shí)使用10個(gè)不同的光學(xué)時(shí)鐘，進(jìn)行了38次比較（頻率比）。其中4次比較是首次進(jìn)行，而其余幾次的測(cè)量精度也遠(yuǎn)高于以往實(shí)驗(yàn)。

意大利計(jì)量科學(xué)研究院高級(jí)研究員馬爾科·皮佐卡羅指出：“這種測(cè)量提供了一些關(guān)鍵信息，以便說(shuō)明光學(xué)時(shí)鐘還需做哪些工作，才能達(dá)到國(guó)際計(jì)時(shí)所需的精度和可靠性?！?/p>

他還強(qiáng)調(diào)，這次實(shí)驗(yàn)展示了“整個(gè)歐洲的光學(xué)時(shí)鐘如何連接，以最先進(jìn)的精度測(cè)量頻率比”，并且創(chuàng)造了一個(gè)“分布式實(shí)驗(yàn)室”。

數(shù)十年來(lái)，全球計(jì)時(shí)標(biāo)準(zhǔn)一直基于分布在世界各地的銫微波原子鐘信號(hào)的平均值。但是，越來(lái)越多的人呼吁使用光學(xué)時(shí)鐘來(lái)重新定義國(guó)際單位制下的“秒”。

目前光學(xué)時(shí)鐘的精度約為銫原子鐘的100倍，其計(jì)時(shí)精度極高，在數(shù)十億年內(nèi)的誤差不超過(guò)1秒。

然而，要將其用于國(guó)際計(jì)時(shí)，需要比較多個(gè)光學(xué)時(shí)鐘之間的數(shù)據(jù)，以驗(yàn)證它們是否正常工作。這正是這項(xiàng)新實(shí)驗(yàn)所要完成的工作。

芬蘭計(jì)量科學(xué)中心高級(jí)科學(xué)家托馬斯·林德瓦爾指出：“同時(shí)比較多個(gè)光學(xué)時(shí)鐘并使用多種鏈路技術(shù)，比之前使用的成對(duì)時(shí)鐘比較能夠提供更多關(guān)鍵信息。通過(guò)協(xié)調(diào)一致的測(cè)量，可以驗(yàn)證一致性并獲得更可靠的信息。這些結(jié)果有助于確定在新的‘秒’定義中應(yīng)該使用哪個(gè)或哪些光學(xué)時(shí)鐘。”

為了開(kāi)展這項(xiàng)研究，科學(xué)家們必須將來(lái)自不同光學(xué)時(shí)鐘系統(tǒng)的頻率信號(hào)連接起來(lái)。他們使用了兩種方法：來(lái)自衛(wèi)星的無(wú)線電信號(hào)和通過(guò)光纖傳輸?shù)募す狻?/p>

數(shù)據(jù)分析工作也給科學(xué)家?guī)?lái)了挑戰(zhàn)。英國(guó)國(guó)家物理實(shí)驗(yàn)室科學(xué)家蕾切爾·戈登指出：“并非所有結(jié)果都符合我們的預(yù)期，而且我們觀察到測(cè)量結(jié)果中存在一些不一致性。但是，同時(shí)比較如此多的光學(xué)時(shí)鐘并使用多種技術(shù)將它們連接起來(lái)，使得辨別問(wèn)題根源所在變得更加容易?！?/p>

該實(shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)了一些需要進(jìn)一步展開(kāi)研究的領(lǐng)域。例如，為了確認(rèn)所有光學(xué)時(shí)鐘都按預(yù)期工作，需要降低測(cè)量的不確定性，直到所有時(shí)鐘的精度達(dá)到相同水平。之后必須重復(fù)測(cè)量以確認(rèn)運(yùn)行可靠性，從而增強(qiáng)對(duì)時(shí)鐘和鏈路的信心。此外在重新定義“秒”之前還必須滿(mǎn)足其他多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，其中之一就是證明光學(xué)時(shí)鐘能夠定期、持續(xù)地為國(guó)際時(shí)間尺度作出貢獻(xiàn)。

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