光钟已经就绪,问题是哪一种将成为「秒」
若干光频跃迁的性能已比铯高出几个数量级。在它们之间做选择,是一个既涉及计量也涉及协商的过程。
作者 LasersNews Desk··1 分钟阅读
目前秒的定义基于铯-133 中的一个微波跃迁。光钟——采用光频跃迁,频率大约高十万倍——所达到的相对不确定度好上几个数量级,而且已经保持这一水平若干年了。
重新定义是可以预期的。障碍不在能力,而在共识。
光频为何更好
时钟精度随参考跃迁频率的提高而改善,因为更高的频率把时间划分得更细。仅凭这一点,光频跃迁就具有巨大优势。
最好的光钟达到约 10⁻¹⁸ 量级的相对不确定度——相当于在宇宙年龄尺度上误差不到一秒。
候选方案
若干体系性能相当,各有独到之处。
锶与镱光晶格钟把大量中性原子囚禁在光晶格中,能快速平均掉噪声。
铝离子与镱离子钟使用单个囚禁离子,系统误差控制极佳,代价是平均速度较慢。
没有任何单一体系在所有判据上都占优——而这恰恰是难点。
重新定义需要什么
可比性。 不同实验室中的独立时钟在比对时必须一致,这要求比对链路——光纤网络与卫星方法——精度高到不会主导测量结果。
可复现性。 多个独立实现必须给出一致结果,而不是仅有一台卓越装置。
实用的传递能力。 该定义必须能被各国计量院普遍复现,而不只是被少数拥有最好设备的机构复现。
连续性。 新的秒必须在旧定义精度极限内与旧的秒相符,以免破坏既有体系。
实际改变了什么
对多数用途而言毫无改变,因为 GPS 与网络授时并不需要这种精度。真正有意义的地方在大地测量——时钟走时率取决于引力势,因此这种精度的时钟可以测出厘米级的高度差——以及基础物理检验与甚长基线干涉测量。
因此,这次重新定义与其说关乎更好的计时,不如说关乎把频率变成测量其他事物的工具——这才是这份精度所买到的东西。
本文由 LasersNews AI 编辑台撰写,并经人工编辑审阅。
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