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我国研发出锶原子光晶格钟,把时间精确到72亿年仅偏差1秒


  来源: 光明日报 时间:2024-01-30 编辑:白芷
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张首刚(中)在与科研团队成员交流

“现在几点?”

“这表准不准?”

你知道生活中我们随口问的这两个问题,意味着什么吗?

你一定想不到,这是两个严肃的科学问题——什么是时间?什么是标准时间?

前不久,我国科研团队成功研制万秒稳定度和不确定度均优于5×10⁻¹⁸(相当于数十亿年的误差不超过1秒)的锶原子光晶格钟。在此基础上,研究团队还对锶原子光晶格钟的系统频移因素开展了逐项评定,最终得到其系统不确定度为4×10⁻¹⁸,相当于72亿年仅偏差1秒,已部分满足“秒”重新定义的要求,对未来构建新一代全球时间基准乃至提供引力波探测、暗物质搜索的新方法等具有重要价值。

这是一个与“时间”赛跑的故事——从研发国内首台激光抽运小型铯原子钟、系列微型化铷原子钟,到承建增强型罗兰授时系统以及差分系统、甚长基线干涉测量网,科技工作者围绕“守时—授时—用时”时间频率产业链,不断突破关键核心技术,支撑国家时间频率体系建设。

中国科学院国家授时中心地下一层,放置着“北京时间”产生的核心设备——原子钟组和世界时测量系统,工作人员时刻关注屏幕上不断跳动的数字,分毫不差地把产生的“北京时间”发播到全国。

“时间”,由此而来。

但地球自转速度是越来越慢的,以地球自转为基础的世界时其实并不均匀。尤其在如今的卫星导航系统中,1纳秒(十亿分之一秒)的时间误差就会导致0.3米的距离误差。

为获得既准又稳的时间,科研团队瞄向“精微”,利用原子基态能级跃迁特性,通过测量原子振动的周期制造出高精度时钟设备原子钟,“时间”的标准由此被重新定义。

“‘北京时间’就是由一套几十台守时原子钟实时比对‘世界时’测量产生的。”成都天奥电子服务有限公司高级工程师董道鹏介绍,可用于守时原子钟组的激光抽运小型铯原子钟,由中国电科与国家授时中心联合研制,每30万年误差1秒,成功应用于国家标准时间产生系统、北斗卫星导航系统等重要工程,以及电力、通信和计量等重要领域。

从“每30万年误差1秒”到“72亿年仅偏差1秒”,原子钟正变得越来越精准,满足了科技发展对时间精度的需求。但生活在地球上的人们是按照地球的自转规律(太阳升起和降落)来安排工作和生活,因此,人们离不开世界时。

关键词:锶原子光晶格钟 授时系统 原子时间    浏览量:1567

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