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boruwei

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专业: 光学

[交流] 原子钟精度被提高五倍

美国国家标准与技术研究所（NIST）的一个实验组在7月14日的《Physical Review Letters》杂志上发表文章，宣称他们制成的单汞原子钟的精度至少比之前作为国家标准时钟的铯原子高五倍。
　　实验中，汞原子被限制在超冷电磁势阱中，科学家们测量汞离子在其中的光学频率振荡，这就像是时钟的“滴答”声一样。光学频率比NIST-F1的铯原子钟使用的微波频率高。频率更高意味着时间能被分割成的最小单位越小，也就是精度越高。
　　汞光学原子钟的原型最初于2000年由NIST提出。在过去的五年里，科学家们反复测量了它的绝对频率。迄今为止，汞原子钟的改进版是世界上走时最精确的原子钟。如果连续运行，现在的NIST-F1在七千万年里的误差不超过一秒。而最新的汞原子钟能在四亿年里走时偏差少于一秒。
　　此项研究的首席科学家Jim Bergquist说：“我们终于解决了汞原子钟的系统扰动问题。我们能够控制它，并且知道它的不确定度。通过测量汞原子钟相对于之前的标准NIST-F1的频率，我们能够实现光学频段的最精确的绝对测量。在最近的一次测量中，我们确定汞离子系统的精度优于铯原子钟。”
　　改良的时钟和频率标准有很多应用。例如超精确时钟可用来改善航海与定位系统、电信网络、无线与外太空通信中的同步。更好的频率标准还能用来改进磁场和引力场测量中的探针，它们可以在安全和医疗中得到应用。另外，它还能用来测量科学研究中的“基本常数”是否会随着时间改变，这是一个了解宇宙起源和最终命运的至关重要的问题。
　　很久以前，科学家们就意识到光学原子钟比铯原子钟更稳定、更精确。尽管NIST已经在实验室中实现了汞原子钟，但是基于汞、锶或者其它原子的光学原子钟要想作为一种标准被接受还需要很长的一段时间。首先世界各地的研究组要制定一个统一的原子钟设计方案。
　　另外，原子钟要能连续计时还需要一个附加的系统，因为标准时钟一般只是用于周期性的校准。例如，每年都要用NIST-F1与NIST的其它连续计时的原子钟进行几次校准，而这些时钟定义了世界范围内的官方时间。

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