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将三个顶级原子钟与记录准确度进行比较

26 Mar 2021 哈米什约翰斯顿
原子钟连接
时间三角形:连接镱(Yb),锶(Sr)和铝 - 镁(Al + / Mg +)原子时钟的插图。 (礼貌:n hanacek / nist)

通过使用光纤和过空中的链路将它们连接到世界上最佳原子钟中的三个保存的时间。比较由美国的巨石原子钟光网络合作完成,比以前的尝试更准确。测量结果揭示了时钟保存的时钟的意外变化,这可以提供如何改进设备的洞察。该研究可以在开发第二种新标准方面发挥重要作用,这将涉及在全球范围内分发和比较原子钟时间信号。

原子钟使用特定原子过渡的频率作为极其稳定的时间标准。虽然第二个目前由基于Cesium的时钟定义,但物理学家建立了更准确的基于光的时钟。这些光学时钟比微波时钟的频率高得多,并且可以保持时间准确到10个部分18,比最佳铯钟更好地大约100倍。

国际计量社区旨在用光学时钟取代微波时间标准,但首先必须从全球开发的几个时钟设计中选择。评估和改进这些光学时钟 - 并最终创建全球时间标准网络 - 研究人员必须能够比较他们的时间信号。这可以使用光纤连接或通过空气传输光信号来完成。实际上,空气传输可以在部署卫星中的光学时钟来发挥重要作用,其中目前使用微波时钟。

在这个最新的工作中, 大卫休谟 与美国国家标准技术研究所(NIST)和科罗拉多大学的同事已经进行了三个光学钟的时间信号,这些信号都位于博尔德科罗拉多州。一个时钟使用YTTerbium原子,另一个锶原子和铝和镁离子的第三种组合。

频率梳理

3.6公里的光纤链路用于比较YTTerbium和锶钟表的频率比,分别位于NIST和科罗拉多大学。比较锶和铝 - 镁钟(位于NIST的后者)使用两座建筑物之间的1.5 km过空气光学连接进行比较。这涉及使用频率梳理,这允许比较信号在非常不同的频率下进行比较。

过空气技术也相对不受空气中湍流引起的扰动。实际上,团队发现,光纤和自由空间链接提供了类似的性能水平 - 除了在暴风雪期间运行自由空间链路时的例外情况。

YTTerbium和铝镁钟在NIST的不同实验室中使用纤维连接进行比较。

“最先进的”

该团队设法以10分为10的精确度测量三对时钟的频率比率18,这是10个部分的一个幅度改善的数量级17。休谟将工作描述为“基于光纤和自由空间测量的最先进”。这些比率是天然常数,因此团队指出,它们的结果是天然常量制造的三种最准确的测量。

该时钟在几个月的时间内比较,研究人员在他们的时间内发现了意想不到的日常变化。这表明该团队没有完全了解影响时钟性能的东西 - 这意味着可以进一步改进。

除了改进第二次的定义,更好地比较光学时钟可以使其他科学分支有益。不同海拔的两个时钟将以略微不同的速率运行,这可用于测量地壳中的微小变化,例如通过冰盖或海平面上升的熔化。时钟之间的差异也可以用来试图检测暗物质。

测量描述于 自然.

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