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3000万年误差小于1秒 太空冷原子钟让世界更“准时” 

2018-08-13 17:05:37来源:中国青年网 热度:分享:

车门关闭的前一秒挤进地铁、铃声响起的第一秒停笔交卷……日常生活中的“一秒”往往普通得毫不起眼,只在某些“特别”时刻才凸显出自己的存在感。但在科学领域,“一秒”不仅是时间的衡量尺度,更承担着“失之毫厘谬以千里”的重要责任。

近日,天宫二号空间实验室搭载的世界首台太空运行的冷原子钟,在轨近两年时间里完成了全部既定测试任务,实现了3000万年误差小于1秒的预定目标,将目前人类在太空的时间计量精度提高了1至2个数量级,是国际首台在轨运行并开展科学实验的空间冷原子钟,也是目前在空间运行的最高精度原子钟。

“过去20年里,有很多人努力要把冷原子钟送到太空,但最终,是由中国第一次展示了空间冷原子钟的实验……”这一重要科研成果已作为亮点文章线发表于国际重要学术期刊《自然・通讯》上。

 “钟”也有冷热之分?

假设你一分钟稳定吸气30次,那么你可以通过测量两次气流流动来确定时间间隔,并做出定义(2秒),以稳定的频率对应稳定的时长,便是“钟”的工作原理。但实际上,“稳定”并不是轻易能够达到的理想条件。

从最初的日晷、钟摆,到石英钟,再到原子钟,为了减小1秒的误差,科学家在不断追求更稳定的频率。

原子钟是利用原子振荡频率来确定的时间标准。原子由原子核与外层电子组成,原子核带正电,带负电的电子绕着原子核运动。每个元素中的电子与原子核的距离不同,但只能处于一个特定的能级或“轨道”。当电子吸收能量时,它们会跃迁到更高的能量状态(将其看成是远离原子核);当电子释放能量时,它们会跃迁到较低能量状态(将其看成是接近原子核),损失的能量作为电磁辐射(微波、光波等)被释放出来。能量状态之间的这种跃迁就是原子钟要测量的“振荡”。

原子对频率误差的鉴别能力取决于频率跃迁谱线的宽度,一般而言,谱线越窄,原子钟的精度越高。“但常温下的原子处于剧烈运动中,提取和观察会受原子热运动的影响,产生局限。”中国科学院上海光学精密机械研究所(以下简称上海光机所)屈求智副研究员解释道。“冷原子技术则是用激光的方法将原子温度从室温降低到接近绝对零度。对这些几乎不动的原子进行测量,结果会更加准确。”

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