據(jù)國外媒體報道，研究人員測定了新型光學(xué)原子鐘的性能，其精確度打破了此前的紀(jì)錄。這一成果意味著新一代光學(xué)原子鐘已經(jīng)非常精確和穩(wěn)定，這對重新定義“一秒鐘”的官方長度有重要意義。目前，官方定義的“一秒鐘”是基于微波原子鐘的結(jié)果。項目領(lǐng)導(dǎo)人之一、美國國家標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)研究院（NIST）研究人員Andrew Ludlow說：“對‘一秒鐘’進行更準(zhǔn)確的定義以及開發(fā)更好的計時系統(tǒng)，對通信和導(dǎo)航系統(tǒng)的發(fā)展很關(guān)鍵。此外，準(zhǔn)確的計時系統(tǒng)還能為探索未知的物理現(xiàn)象提供更精確的測量結(jié)果�！毕嚓P(guān)研究成果刊登于《光學(xué)設(shè)計》雜志。Ludlow補充說：“光學(xué)時鐘可能具有更高的精確度，但要超出當(dāng)前‘秒’定義的限制，證明這些計時裝置的真正準(zhǔn)確性，就必須直接對各種類型的光學(xué)時鐘進行高質(zhì)量比較�！� H(c72]@Vg  
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時鐘的工作原理是：計算具有已知頻率的重復(fù)事件，例如鐘擺的擺動。對于傳統(tǒng)原子鐘而言，銫原子的自然振蕩是周期性事件，其頻率位于電磁頻譜的微波區(qū)。1967年以來，國際單位制（SI）將秒定義為由這些振蕩產(chǎn)生的微波信號的9192631770個周期中所經(jīng)歷的時間。光學(xué)原子鐘使用的原子一般是鐿和鍶，其振蕩頻率大約是微波頻率的10萬倍，處于電磁譜的可見區(qū)域。頻率更高的光學(xué)時鐘比微波原子鐘走得更“快”，這使得它們隨著時間的推移更為精確和穩(wěn)定。研究人員Tara Fortier解釋說：“光學(xué)時鐘測量的頻率越高，通常越容易降低環(huán)境對原子的影響。這一顯著優(yōu)勢有望使緊湊型光學(xué)時鐘系統(tǒng)的開發(fā)成為現(xiàn)實。這類系統(tǒng)可在非常廣泛的應(yīng)用環(huán)境中保持高性能。” bK"SKV  
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為了證實光學(xué)時鐘記錄的時間與當(dāng)前使用的標(biāo)準(zhǔn)銫原子鐘的記錄值是匹配的，研究人員將NIST的鐿光學(xué)原子鐘的頻率轉(zhuǎn)換到微波區(qū)域，并將其與全球銫原子鐘的數(shù)據(jù)進行了比對。他們發(fā)現(xiàn)，鐿光學(xué)時鐘頻率測量的不確定度為2.1×10<sup>-16</sup>，這大致相當(dāng)于在宇宙年齡（140億年）中損失了100秒。這一結(jié)果創(chuàng)造了光學(xué)時鐘的銫參考測量值的新準(zhǔn)確度紀(jì)錄。 : JzI>/  
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盡管光學(xué)時鐘非常精確，但由于其技術(shù)復(fù)雜性和原型設(shè)計，它們往往會經(jīng)歷明顯的停機時間。NIST的研究人員使用了8個氫微波激射器來記錄光學(xué)時鐘不工作時的時間。氫微波激射器雖然可以可靠地記錄時間，但精度有限。研究人員Tom Parker說：“氫微波激射器的可靠性是我們能夠進行精確比較的原因之一�！盤arker等在8個月內(nèi)進行了79次測量，進一步降低了不確定性。 {^
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為了更好地理解光學(xué)時鐘的局限性，研究人員計劃將本研究中使用的鐿光學(xué)時鐘與NIST正在開發(fā)的其他類型的光學(xué)時鐘進行比較。最終，通過比較NIST的時鐘和其他國家的光學(xué)時鐘，確定出哪種類型的時鐘最適合重新定義SI秒。 3`d
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研究人員指出，重新定義“一秒鐘”可能還需要好幾年的時間。即使新標(biāo)準(zhǔn)發(fā)生了變化，應(yīng)用新標(biāo)準(zhǔn)也需要做好全球的協(xié)調(diào)工作，以保持時間的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。 ^'CPM6J  
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原文鏈接：https://phys.org/news/2019-04-super-accurate-optical-atomic-clocks-critical.html（科技工作者之家 譯）