光晶格鐘 -簡介

光晶格鐘是光鐘的一種，比現(xiàn)在的銫原子鐘精確1000倍。“光晶格鐘”以曾獲得諾貝爾物理學獎的“光梳”技術(shù)為基礎(chǔ)，日本在世界上首次利用鐿原子開發(fā)出光晶格鐘，這種光晶格鐘運轉(zhuǎn)60萬年僅誤差一秒。

原理

“光晶格鐘”以曾獲得諾貝爾物理學獎的“光梳”技術(shù)為基礎(chǔ)?！肮馐帷睋碛幸幌盗蓄l率均勻分布的頻譜。

“光梳”擁有一系列頻率均勻分布的頻譜，這些頻譜仿佛一把梳子上的齒或一根尺子上的刻度。

“光梳”可以用來測定未知頻譜的具體頻率，其精確度目前已經(jīng)達到小數(shù)點后15位。研究人員把用紅色激光冷卻的超低溫鍶原子封閉到被稱為“光晶格”的“容器”里，這樣原子的各種外來擾動被消除，可以充當鐘的振蕩器。

鐿原子受黑體輻射的影響小，其核自旋也較小。從理論上講，用鐿原子制成的光晶格鐘比傳統(tǒng)的鍶原子光晶格鐘性能更高。但鐿原子光晶格鐘由于光源的開發(fā)非常困難，之前一直未能成功。

“光晶格鐘”理論上每天僅誤差10的負18次方秒，要比現(xiàn)在的銫原子鐘精確1000倍。除用來測量時間外，由于其對重力的影響極其敏感，還可以用于驗證愛因斯坦的廣義相對論。

候選原子鐘

2006年，日本東京大學研究人員稱，他們正在研發(fā)的“光晶格鐘”將角逐新一代國際標準原子鐘的地位，希望能成為新的全球計時標準。

東京大學研究生院工學系研究科助手高本近日證實，該研究科科學家香取秀俊主持研究的“光晶格鐘”已作為新一代原子鐘的候選被推薦給國際度量衡委員會，若正在法國召開的該委員會會議采納這一推薦，“光晶格鐘”將成為全球5個正式候選的新一代原子鐘之一。

新發(fā)展

2011年，日本專家組成的一個研究小組研制出迄今為止制造的精準度最高的原子鐘。這臺光晶格鐘靈敏度極高，能夠探測到地球引力發(fā)生的變化，允許科學家測量時間的精度達到令人吃驚的17位數(shù)。此外，它也可用于大幅改進GPS跟蹤系統(tǒng)，探測最小10厘米的高度差。

日本研究小組表示，這是朝著研制人類歷史上最為精確的測量裝置邁出的重要一步。原子鐘用于設(shè)定國際原子時間或者協(xié)調(diào)世界時，二者與我們絕大多數(shù)人使用的格林尼治標準時間存在差異，但更為精確。隨著時間的流逝，即使原子鐘也會失去精確性，必須進行調(diào)整以修訂微小誤差。精確性降低與所謂的“迪克效應”有關(guān)，也就是原子鐘的激光器產(chǎn)生的不必要的噪音。日本研究人員研制的光晶格鐘避免了這個問題，同時更為穩(wěn)定，無需經(jīng)常調(diào)整。

這臺新原子鐘由東京大學的英敏香取教授以及他的團隊在澳大利亞新南威爾士大學維克多·弗拉姆鮑姆教授的幫助下研制。弗拉姆鮑姆表示，光晶格鐘就像是一個放在草皮上，里面裝有原子的蛋格?！半x子時鐘通常只有一個原子，你必須等待很長時間，才能達到所希望的精確度。新發(fā)明的原子鐘可以操縱數(shù)千個原子，能夠更快獲得結(jié)果?！?/p>

除了更為精確外，這臺光晶格鐘也可用于尋找地下礦物和碳氫化合物。GPS依靠令人難以置信的精確計時，精確度更高的GPS自然能夠發(fā)揮更大作用。GPS追蹤器通過與衛(wèi)星保持通訊工作，衛(wèi)星負責報告位置和時間。追蹤器內(nèi)的電腦將自己的時間與衛(wèi)星報告的時間相比較，利用差值計算它們的方位。光以每秒18.6萬英里(約合每秒30萬公里)的速度穿行，如果衛(wèi)星時間落后于GPS接收器的時間千分之一秒，接收器便可計算出它與衛(wèi)星之間的距離為186英里(約合300公里)。