新的原子鐘精確度提高3倍,穩定性增加50%

科學家們已經創造出一種新的原子鐘,它能根據它靠近還是遠離地球2釐米來檢測自身時計的微小變化。

天體物理學聯合實驗研究所(JILA)的物理學家Jun Ye表示,時間能錯綜複雜地與重力聯繫在一起。雖然聽上去很科幻,可這些方法都是真的。

這種超靈敏時鐘之所以能通過海拔高度的微小差異來調整時間,正是基於愛因斯坦的這個預測:一個人距離一個吸引場(比如地球)越遠,時間過得越快。

很久以前研究人員就通過比較軌道相隔幾英里遠的衛星上的時間以及被放在海平面和山頂上的時鐘的時間驗證過這一理論。

5年前,美國國家標準與技術研究院(NIST)的研究人員曾創造出一個靈敏時鐘,它能檢測出彼此海拔僅相差一英呎的地方的不同時間。

不過這個新的時鐘甚至更靈敏。

Ye說:「現在當我們在實驗室檢測這個時鐘時,海拔高度變化2釐米都會被檢測出來。」

這個時鐘出現在了4月21日的《自然通訊》雜誌上。它是調整版的光晶格時鐘(依靠激光將鍶原子封閉在10萬分之2毫米的格子狀空間內計算震盪數)。

近距離看光晶格原子鐘

Ye是新時鐘的主要研究者,他解釋說在鍶原子的某個電子圍繞著原子核運行的時候,該時鐘會測量該電子的速度。

為了計算這種運動,研究人員用時鐘激光(clock laser)一次性轟擊上千個鍶原子。激光能夠被調整,使得其電場的波峰和波谷與鍶原子的電子振動一致。

結果就是它比如今的微波銫時鐘要準確幾個數量級。

Ye說:「我們現在使用的時鐘就像一個每秒鐘移動90億次的手錶。而我們正在研究的時鐘每秒鐘移動一千兆次;基本可以說我們在追蹤光的波紋。」

在最新版本的光晶格時鐘裡,研究人員在鎖定原子的周圍安裝了一個超靈敏的溫度計以便更好地檢測周圍環境中熱量帶來的影響,減小誤差。他們還能減小激光對單個原子的影響,另外他們還使用了世界上最穩定的激光器來測量電子的運動。

光晶格原子鐘是如今世界上最精確最穩定的原子鐘

這些調整使得新時鐘比先前保持世界紀錄的時鐘精確三倍,穩定性增加了百分之五十。研究人員還在努力取得進一步進展。

這麼精準的時鐘似乎有些過猶不及,不過它能提高我們對地球狀況的認知,幫助實施與統治著地球空間和時間等基準法則相關的實驗,為研究暗物質提供新方法。

時鐘越精準,以上可能性就會越大。

Ye表示:「如果我們能製造一個比當前時鐘精確一千倍的時鐘,那麼我們就能聽見宇宙的交響樂。比如,當遙遠星系發生爆炸,那麼你將感受到時空是如何變化的。」

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