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在过去的几百年里,秒这个单位特别实用,但并不完美。 因为目前世界上最准确的官方时钟——原子钟,每2000年就会出现1秒的误差。
这一秒钟约会不会迟到,但在太空旅行和物理领域,哪怕是很小的误差也会造成很大的差异。 因此,科学家们正在努力开发更准确的时钟。
其关键是开发基于更高频率可见光的钟表。
正如Edwin Cartlidge在《科学》杂志上报告的那样,美国国家标准技术研究所(NIST )博尔德研究所的计量学者现在正在开发比现在的钟表精确100倍的设备。
每个时钟根据特定的工作状态标记时间。 在钟摆的摆动和现在使用的原子钟中,微波束在正确的波长范围内振动,激发化学元素铯。
当铯电子在两个能级之间来回移动时,可以使用跃迁的频率来测量时间。
目前NIST开发的新一代钟表是光学原子钟,根据光波的谐振频率进行测量,比微波辐射高10万倍,理论上可以使新原子钟更加准确。
事实上,这一代新原子钟的精度每150亿年出现一秒的误差。
镱光学原子钟。 照片: NIST
用两个光时钟配置激光,冷却镱原子进行捕获。 NIST的研究人员们把这两台钟表一起弄得滴答滴答响,其精度是载重计的100倍。
Ludlow先生说:“这是第一次展示出与2台相同要素的钟表一致的状态。” 这些实验还有待同行评议,尚未在期刊上发表。
如果验证属实,如果其准确性满足国际度量衡局(BIPM )提出的要求,这些新的光学原子钟有可能取代旧的铯原子钟。
目前,为了使光学原子钟即使在其他许多不同的实验室重复实验也能维持精度,还需要进一步的研究。 由于其原理的复杂性,光学原子钟目前只能在短时间内工作。
只有完成所有的交叉验证,才能做出更准确的新表。 这在2026年国际度量衡大会召开之前还不能达成。
CPM每4年进行一次,今年将进行普朗克常数、酷炫路灯常数、集中帽子常数、每质子电荷量4个新定义。
通过更准确地测量这些数值,科学家们可以提供更准确的参考依据,如公斤、开尔文、如意画板和其他测量单位等。 之后就是秒了。
另一个需要解答的是应该使用哪种类型的光学原子钟。 既有使用中性原子的光学光栅的,也有像NIST那样使用捕获的单一原子的。 所有这些都有进展。
NIST时频部门的负责人Chris Oates说:“这些钟表将越来越可靠和坚固。”
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