中國鍶光鐘：1.38億年不差一秒
數(shù)據(jù)首次被國際采納 為重新定義秒爭得話語權(quán)
科技日報(bào)北京9月29日電 （記者林莉君 通訊員陳杭杭）29日，記者從中國計(jì)量科學(xué)研究院獲悉，該院研制的鍶87原子光晶格鐘（以下簡稱鍶光鐘）數(shù)據(jù)首次被國際頻率標(biāo)準(zhǔn)工作組采納，為我國未來在重新定義秒的國際問題上爭得了話語權(quán)。
中國計(jì)量院鍶原子光晶格鐘研究工作始于2007年，由方占軍研究員領(lǐng)銜的創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)承擔(dān)。2015年7月，該團(tuán)隊(duì)順利完成了鍶光鐘的第一次系統(tǒng)頻移評定和絕對頻率測量工作，準(zhǔn)確度達(dá)到2.3×10-16，相當(dāng)于1.38億年不差一秒。
方占軍告訴科技日報(bào)記者，鍶光鐘是目前世界上頻率穩(wěn)定度最高的原子鐘，也是研究最多的冷原子光晶格鐘，高出現(xiàn)行秒定義所采用的銫原子噴泉鐘2個(gè)數(shù)量級，被認(rèn)為是新一代秒定義最有潛力的候選者。目前，包括中國計(jì)量院在內(nèi)，已有美國科羅拉多大學(xué)與美國標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室、日本東京大學(xué)、法國巴黎天文臺時(shí)間頻率標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室等8家單位的鍶光鐘數(shù)據(jù)被國際頻率標(biāo)準(zhǔn)工作組采納。
9月14日，國際頻率標(biāo)準(zhǔn)工作組在法國召開的會議上決定，于2025年—2028年間完成新一代秒的定義。如果使用光鐘的新技術(shù)來重新定義秒，將對全球衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)、人類探索宇宙和研究物理學(xué)規(guī)律等領(lǐng)域產(chǎn)生極為深遠(yuǎn)的影響。
“如果我們在這方面失去話語權(quán)，現(xiàn)有的系統(tǒng)就不能夠獨(dú)立復(fù)現(xiàn)秒定義，所有與此相關(guān)的科研和應(yīng)用都將失去獨(dú)立性?！狈秸架娬f，下一步，研究組將進(jìn)一步提高鍶光鐘的準(zhǔn)確度。
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鍶原子光晶格鐘（圖片來自cnbeta）外媒報(bào)道，日前，美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院(NIST)和JILA共同推出了時(shí)間上最精準(zhǔn)的鍶原子光晶格鐘，其50億年才會產(chǎn)生1秒誤差。
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光鐘小檔案
“光鐘”是目前為止最精確的計(jì)時(shí)手段。所謂光鐘，就是利用原子在光波波段的躍遷來定義時(shí)間/頻率標(biāo)準(zhǔn)的。當(dāng)前原子鐘的原子躍遷頻率是在微波波段，而光學(xué)頻率比微波頻率高5個(gè)數(shù)量級。因此通過對光學(xué)頻率的精密控制和光學(xué)頻率與微波頻率的高精度轉(zhuǎn)換，可以提供超高精度的時(shí)間和頻率標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)更精確的計(jì)時(shí)。《科學(xué)》雜志報(bào)道的研究成果表明，光鐘將比目前最好的時(shí)鐘精度提高100倍，將能提供“對物理世界更細(xì)致的觀察”，并將有助于建立對自然界基本定律的更深入的認(rèn)識。該研究成果也將對衛(wèi)星導(dǎo)航、通信及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)同步等應(yīng)用領(lǐng)域產(chǎn)生影響。
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鍶晶格鐘（互動百科詞條）
開放分類：發(fā)明時(shí)間
鍶晶格鐘全稱鍶原子光晶格鐘是一種光原子鐘。在它的激光束中，每一個(gè)光學(xué)晶格都擁有上千個(gè)中性鍶原子，而這種中性鍶原子每秒可進(jìn)行430萬億次的“滴答”。
2015年7月，中國團(tuán)隊(duì)順利完成了鍶光鐘的第一次系統(tǒng)頻移評定和絕對頻率測量工作，1.38億年不差一秒。[詳細(xì)]
鍶原子光晶格鐘由美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所（NIST）和科羅拉多大學(xué)共同創(chuàng)建的美國天體物理聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室（JILA）研制而成[2] 。其精確度卻要比鐿原子鐘高出近50%。這使得鍶原子光晶格鐘成為了自20世紀(jì)90年代出現(xiàn)銫原子噴泉鐘之后首款既能保證穩(wěn)定性又能擁有超高精確度的時(shí)鐘[3] 。
研究人員將數(shù)千個(gè)鍶原子置入一束非常穩(wěn)定的紅色激光中，激光的精確頻率誘使鍶原子在兩個(gè)能級間振蕩。研究人員發(fā)現(xiàn)，鍶晶格鐘每秒能“走”430萬億個(gè)“滴答”。
不同于原子鐘的僅一個(gè)離子在量子態(tài)下來回翻轉(zhuǎn)，鍶原子光晶格鐘可在每一次“滴答”中能夠產(chǎn)生上千個(gè)原子的波動，這無疑讓后者在更短的時(shí)間內(nèi)就能達(dá)到跟前者一樣的精準(zhǔn)度。[3]
如果它從宇宙誕生之初就開始“滴答”走動，到今天也不會發(fā)生1秒的誤差[4] 。
鍶晶格鐘每秒能“走”430萬億個(gè)“滴答”，運(yùn)行50億年也不會偏差1秒。[5]
鍶原子光晶格鐘有望在要求有穩(wěn)定時(shí)間信號的領(lǐng)域派上用場，包括互聯(lián)網(wǎng)、金融系統(tǒng)和導(dǎo)航定位系統(tǒng)等。[4]
