据中国科学技术大学介绍,由潘建伟、陈宇、戴汉宁等组成的研究团队,成功研制出稳定性和不确定性优于每万秒5个10-18个(相当于数十亿年误差不超过一秒)的锶原子光格钟。
目前,该系统不仅是目前国内综合指标的最佳光学时钟,也使中国成为第二个达到上述综合指标的国家,第一位是美国。 但是,我国在某些方面已经超过了美国。
公开资料显示,2014年1月,美国国家标准与技术研究院(NIST)与日本国际联合拉法(JILA)联合发射,推出时间上最精确的锶原子光格钟,50亿年仅产生1秒误差。
事实上,在误差方面,中国已经超过了美国。
锶原子光格钟是一种基于锶(sr)原子的原子钟,也称为光格钟。 原子钟是一种高精度测量时间的设备。 传统的原子钟利用铯(CS)或气体放电管中的铯原子进行测量,而锶原子光学晶格钟则利用锶原子的超细结构来实现更高的精度。
锶原子光学晶格钟基于超冷玻色-爱因斯坦凝聚体,可在低温下将锶原子冷却到几微开尔文。 然后,通过激光冷却技术将原子捕获在光晶格中,形成精确的三维光学势阱。 这种光势阱可以有效地隔离原子,减少原子与外界的相互作用,提高时钟的稳定性和精度。
锶原子光学晶格钟利用锶原子超细结构的共振频率作为时间的参考。 超细结构是指原子核的自旋与原子内部电子运动之间的相互作用。 通过测量这些谐振频率,锶原子光晶格时钟能够提供非常精确的时间信号。 据报道,锶原子光晶格钟的精度达到了每秒1亿年的水平。
锶原子光格钟的高精度和稳定性使其在科研、导航系统、通信和卫星定位等领域具有广泛的应用前景。
1.时间测量标准:锶原子光格钟作为高精度的时间测量设备,可以为其他时钟和时间测量设备提供准确的时间基准。 其精度通常以纳秒(10 -9 秒)或皮秒(10 -12 秒)为单位,使其成为现代计量学的重要工具。
2.科学研究:锶原子光格钟在基础科学研究中发挥着重要作用。 它用于实验室研究,探索重力、相对论效应、宇宙学和基本物理常数等主题。 通过测量极其精确的时间信号,科学家能够验证理论模型,检查物理常数的稳定性,并提供更准确的实验数据。
3.导航和定位:精确的时间同步对于导航和定位系统至关重要。 锶原子光格钟可以提供高精度的时间信号,可应用于卫星导航和精密定位技术。 通过保证不同系统之间的时间同步,可以大大提高导航设备的性能和精度,特别是对于需要高精度的应用,如空中导航、卫星定位和测绘。
4.通信和网络:在全球通信网络中,确保执行各个节点的时间同步非常重要。 锶原子光晶格时钟可以提供非常精确的时钟信号,用于同步各种通信节点的运行。 这对于确保准确的数据传输、提高网络吞吐量和减少信号干扰至关重要。
5.其他应用领域:锶原子光格钟的高精度和稳定性也具有广泛的应用潜力。 例如,它可以用来实现更准确的时间戳,以提高金融交易的速度和准确性。 此外,锶原子光学晶格钟还可用于实验室研究、天文观测、精密测量等领域,促进技术进步和创新。
锶原子光学晶格钟不仅是时间测量领域最精确的器件之一,而且在科学研究、导航定位、通信网络等领域也发挥着重要作用。 其高精度和稳定性为各种应用提供了可靠的时间参考,推动了相关技术的发展和广泛的应用。