新的原子钟每300亿年只损失一秒

2022-02-20 12:24:25

一群物理学家宣布了有史以来性能最高的原子钟之一。

据说,该仪器测量时间非常精确,每3000亿年只会损失一秒钟,从而可以更精确地测量引力波、暗物质和其他物理现象。周三(2月16日)在《自然》杂志上发表了一项基于UW麦迪逊大学领导的研究的研究。

"光学晶格钟已经是世界上最好的钟了,在这里我们获得了前所未有的性能水平,";威斯康星大学麦迪逊分校物理教授Shimon Kolkowitz和该研究的资深作者在一份声明中说。34;我们';我们正在努力提高性能,并开发由这种改进的性能支持的新兴应用程序"

一般来说,原子钟是跟踪原子频率共振的钟,通常是铯或铷原子。这一过程允许这种时钟以高精度测量时间。美国国家航空航天局';中国的深空原子钟是一项天基实验的一个例子,该实验在轨道上对这项技术进行了两年的测试。

原子钟的工作原理是跟踪电子的能级"当一个电子改变能级时,它吸收或发射光的频率与特定元素的所有原子的频率相同,";该大学在同一份声明中解释道"光学原子钟通过使用调谐到精确匹配该频率的激光来计时,它们需要一些世界级的#39;世界上最先进的激光来保持精确的时间"

这项新研究创造了一个多路复用时钟,它将锶原子在一个真空室中分离成一条线。该团队使用了";相对糟糕的激光,";正如科尔科维茨所说,这仍然创造了接近世界纪录的测量精度水平。

如果他们只在一个时钟上照射激光,激光只在十分之一秒的时间内激发相同数量原子中的电子。但在两个时钟同时工作的情况下,原子保持兴奋状态达26秒。

"通常,我们的激光器会限制这些时钟的性能;科尔科维茨说"但是,由于时钟处于相同的环境中,并经历完全相同的激光,激光的效果完全消失"

该小组随后试图精确测量时钟之间的差异,因为两组原子在稍微不同的环境中会";勾选";由于磁场或重力的变化,以不同的速率。该团队进行了1000多次实验来测量差异,发现随着时间的推移,测量的精度会更高。

最终,研究人员发现两个原子钟之间的滴答声频率存在差异#34;这相当于它们每3000亿年只发生一秒的不一致——这是一种精密计时的测量,创造了两个空间上相互分离的时钟的世界纪录,";该大学表示。

巧合的是,在同一期《自然》杂志上发表的一项无关研究显示,分散原子云的顶部和底部之间的频率差大约是UW-Madison小组的10倍。

另一项研究由科罗拉多州一家名为JILA的研究所(前称实验室天体物理联合研究所)领导,创造了最精确频率差的总体世界纪录。华盛顿大学麦迪逊分校排名第二。

"令人惊讶的是,尽管我们';重新使用一个数量级更差的激光器,";科尔科维茨说"那';这对于许多实际应用来说非常重要,我们的激光看起来更像是你将要带到野外的东西"

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