第二个已经为我们服务了数百年,但它并不完美——原子钟也就是说,我们的官方计时员大约每 2 亿年就会损失一秒时间。
这可能不足以让你在合唱团练习中迟到,但在太空旅行和物理学领域,即使是很小的错误也可能会产生很大的影响。考虑到这一点,人们正在努力建造比以往任何时候都更准确的时钟。
关键是开发能够看到更高频率可见光的时钟,这意味着测量时间的精度更高。
正如埃德温·卡特利奇报道的那样科学科罗拉多州国家标准与技术研究所 (NIST) 博尔德实验室的计量学家目前正在研究比现有时钟精确 100 倍的设备。
每个时钟都根据特定的动作来标记时间,无论是钟摆的摆动,还是现代原子钟中设置的微波束的振荡,其波长设置为激发化学元素所需的精确波长铯。
当铯电子在两个能态之间来回跳跃时,这些跳跃的频率可用于测量时间。
NIST 目前正在开发的下一代时钟是光学原子钟,可以用共振频率比微波辐射高约 100,000 倍,精度更高。
事实上,这些新时钟可以变得如此精确,以至于只会损失一秒每150亿年。
镱光学原子钟。 (美国国家标准技术研究所)
使用两个光学时钟部署激光器来冷却和捕获镱NIST 的研究人员成功地让它们一起运转,其精确度比铯钟高 100 倍——从技术上讲,精确度在 10 分之 1.4 以内18。
勒德洛说:“这将是第一次证明同一物种的两个生物钟在这个水平上是一致的。”科学,尽管这些实验尚未经过同行评审并在期刊上发表。
如果经过验证,其精度将满足法国国际计量局 (BIPM) 制定的要求之一,这些新光学钟必须满足这些要求才能取代旧的铯钟。
现在需要进一步的研究以确保可以同时在多个不同的实验室中保持准确性。由于其复杂性,当前的光学时钟设置往往仅在短突发中运行。
只有完成所有交叉检查后,我们才能获得新的、更准确的秒数,而这可能要等到 2026 年世界顶级计量机构——度量衡大会 (GCPM) 召开时才能实现。
GCPM 召开会议每四年一次今年有四个新的更新定义:普朗克常数,对于玻尔兹曼常数,对于阿伏伽德罗常数,以及单个质子的电荷量。
对这些值进行更精确的测量将使科学家能够为千克、开尔文和安培等测量值的构成提供更精确的参考点。之后,第二个可能是下一个新定义。
仍有待回答的问题之一是使用哪种类型的新型光学原子钟——有些使用中性原子晶格,例如 NIST 的时钟,而另一些则使用单个捕获离子,并且所有这些都正在取得进展。
“这些时钟一直变得更加可靠、更加坚固,”NIST 时间和频率部门负责人说道,克里斯·奥茨,十一月。