秒这个时间单位需要改改了

作者:狗格格/编译来源:蝌蚪五线谱发布时间:2018-03-07

何时修改只是时间问题。

秒这个时间单位需要改改了

图片来源:malerapaso/iStock

在过去的几百年里,秒这个单位特别实用,但它却不是完美的。因为如今世界上最精确的官方计时工具——原子钟,每2000年就会出现1秒误差。

这一秒钟时间不至于让你在约会中迟到,但在太空旅行和物理领域,即使是微小的误差也会导致很大的差异性。鉴于这一点,科学家们正在努力研制一款更精确的时钟。

其中的关键是要开发出以更高频率可见光为基础的时钟。

如Edwin Cartlidge在《科学》杂志上所报道的,来自美国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制比现有时钟精确100倍的设备。

每一种时钟都是根据特定的动作状态来标记时间。例如钟摆的摆动,或是现今所用的原子钟中,微波束在一段精确的波长范围中振荡,以此激发化学元素铯。

当铯电子在两个能级之间来回跃迁时,就可以使用跃迁的频率来测量时间。

目前NIST正在开发的新一代时钟是光学原子钟,它的测量基于光波的谐振频率,比微波辐射高了10万倍,理论上能够使得新的原子钟更加精确。

实际上,这一代新的原子钟的精度能够达到每150亿年才出现1秒误差。

秒这个时间单位需要改改了

镱光学原子钟。图片:NIST

用两个光学时钟来部署激光,冷却和捕获镱原子,NIST的研究人员设法让这两台时钟一起滴答作响,其准确度能比铯钟高100倍。

Ludlow表示:“这是第一次在两台同元素的时钟上显示出一致的状态。”虽然这些实验还有待同行评议,且还未发表在期刊上。

如果验证属实,发现其准确性符合国际度量衡局(BIPM)提出的要求,那么这些新型光学原子钟才有可能取代旧的铯原子钟。

现在还需要进一步的研究,以确保光学原子钟在其它多家不同实验室的重复试验下仍能保持其精确度。由于其原理的复杂性,光学原子钟目前只能在短时间内运行。

只有完成所有交叉检测,我们才会有一个更准确的新时钟。而这在2026年的国际度量衡大会开展之前还暂时无法达成。

GCPM每四年举行一次,今年将进行四项新定义:普朗克常数、玻耳兹曼常量、阿伏伽德罗常数、以及单个质子的电荷量。

对这些数值进行更精确的测量,能为科学家们提供更加精确的参考依据,其中包括公斤、开尔文和安培、以及其它测量单位。在那之后,就到秒。

另一个需要解答的是该使用哪种类型的光学原子钟。有些用的是中性原子的光学晶格,有些用的则是被捕获的单原子如NIST。所有这些都已有所进展。

NIST时间频率部门的负责人Chris Oates说道:“这些时钟会变得愈加可靠和稳健。”


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