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我們創(chuàng)造了有史以來最精確時(shí)鐘的新記錄

據(jù)估計(jì),由美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院 (NIST) 研究人員領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)制造的時(shí)鐘比 41% 的精度高出之前的計(jì)時(shí)記錄保持者.

通過測量冷卻到接近絕對零度,時(shí)鐘以小數(shù)點(diǎn)后 19 位的精度計(jì)算秒數(shù)。

除了打破準(zhǔn)確性記錄(在技術(shù)術(shù)語中稱為系統(tǒng)不確定性)外,該時(shí)鐘的穩(wěn)定性是同類任何其他時(shí)鐘的 2.6 倍。

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“制作有史以來最準(zhǔn)確的時(shí)鐘真是令人興奮,”物理學(xué)家梅森·馬歇爾,來自 NIST。

“在 NIST,我們可以執(zhí)行這些精密測量的長期計(jì)劃,這些計(jì)劃可以推動物理學(xué)領(lǐng)域和我們對周圍世界的理解。”

作為 20 年工作的結(jié)晶,破紀(jì)錄的時(shí)鐘的設(shè)計(jì)依賴于對量子物理學(xué),周圍的每一個微動都能夠?qū)r(shí)鐘的滴答聲打得微乎其微。

這是通過加厚構(gòu)成時(shí)鐘外殼的金剛石晶圓和內(nèi)部電極的金涂層來實(shí)現(xiàn)的,以進(jìn)一步穩(wěn)定電場推動時(shí)鐘的必要滴答作響。

新修改的離子阱,插圖顯示鋁鎂離子對。(美國國立科學(xué)院)

對于時(shí)鐘的可靠性至關(guān)重要的是鋁與帶電鎂原子;一種“伙伴”離子,使鋁離子更容易用激光控制,為研究人員提供了準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性的成功組合。

激光器來自 3.6 公里(僅 2 英里多一點(diǎn))外的鄰近實(shí)驗(yàn)室,該實(shí)驗(yàn)室以精度和穩(wěn)定性而聞名。

總體而言,收集足夠數(shù)據(jù)所需的時(shí)間測量秒– 減少到小數(shù)點(diǎn)后 19 位 – 從三周縮短到一天半。

研究人員正在研究他們的原子鐘。(R.雅各布森/NIST)

“這是一個巨大而復(fù)雜的挑戰(zhàn),因?yàn)闀r(shí)鐘設(shè)計(jì)的每個部分都會影響時(shí)鐘,”NIST 電氣工程師丹尼爾·羅德里格斯·卡斯蒂略。

這些時(shí)鐘測量時(shí)間的方式與手表不同,讓您知道何時(shí)該睡覺(或起床時(shí)間)。相反,它們充當(dāng)計(jì)時(shí)的參考點(diǎn),用于校準(zhǔn)其他時(shí)鐘,用于實(shí)驗(yàn),以及探測我們周圍的宇宙。會意一秒鐘持續(xù)多長時(shí)間是物理學(xué)的一個重要基準(zhǔn)。

這有利于各種科學(xué)領(lǐng)域,從對于暗物質(zhì)測試愛因斯坦的相對論.更重要的是,研究人員認(rèn)為還有更多——通過進(jìn)一步提高系統(tǒng)穩(wěn)定性和離子控制,可以通過這些原子鐘實(shí)現(xiàn)更高的精度。

“有了這個平臺,我們準(zhǔn)備探索新的時(shí)鐘架構(gòu)——比如擴(kuò)大時(shí)鐘離子的數(shù)量,甚至糾纏它們——進(jìn)一步提高我們的測量能力。”物理學(xué)家 Willa Arthur-Dworschack,來自 NIST。

該研究已發(fā)表在物理評論快報(bào).

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