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PTB首次成功測量鍶鐘的環境溫度影響

作者:宋檢 時間:2022-10-17 來源:互聯網

  擁有中性鍶原子的光學時鐘,被認為是*有可能為“秒”作出重新定義的裝置之一。鑒于它的頻率將能更精確地確定(按照數量級),這種可能性大大增加。德國聯邦物理技術研究院(PTB)的科學家們已為此奠定基礎,他們首次測量了一個*重要的不確定性因素,即環境溫度的影響。在此之前,環境溫度的影響還只能從理論上推導。他們的研究結果已發表在*新一期的科學期刊《物理評論快報》上,很可能也會引發對于大地測量學和基本物理研究的興趣,更確切地說,是對于基本物理常數是否真正恒定的問題的興趣。


  光鐘為何如此精確,原因在于光輻射的振蕩速度*快——明顯快于微波輻射,微波輻射目前用于銫原子鐘中來“產生”秒。時鐘的“鐘擺”(振蕩系統)速度越快,原則上時間可以被細分的越好,時鐘也就更為準確。在一個光學鍶鐘中,中性鍶原子云通過激光輻射在兩個步驟中被冷卻,直到原子*后展現出每秒只有幾厘米的速度。


  一個所謂的“光晶格”確保了原子被困,幾乎不可動彈??上У氖?,鍶原子也與其他東西一樣,對于環境溫度改變的反應比較強烈。它們的原子水平被大力改變,從而導致時鐘變得不準。這是造成時鐘不確定性的*重要因素,如今PTB 的科學家們已經成功地首次對其進行了測量。為此,他們需要一個輔助系統:為了實現具有按照精確度要求的測量,他們通過使用靜電場,而非黑體輻射的交變電磁場,來放大這種影響。他們構建了一個特殊的平行板電容器,其電場以十幾百萬分之一的準確度著稱。為了這個目的,兩個板之間的距離在7厘米的總長度中,可能只會有幾納米的差異。這同樣適用于距離的準確性。


  有了這個平行板電容器,PTB 的科學家們測量了電磁場在鍶原子中對其(時鐘)兩個本征態的影響。通過這種方式,他們測量了它對于5×10-18不確定度的貢獻。另外,到今天為止在總的不確定度中,這種影響的約束力是*大的,可以預計,下一次對于整體上時鐘頻率的測量將遠低于此前已經獲得的1×10-16。


  轉載自中國計量網

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