
人生一世,草木一秋!
子曾在川上曰:逝者如斯夫。庄子亦曾感慨:人生天地之间,若白驹之过隙,忽然而已。
总有一个午夜梦回的时刻,我们都不免怀着时光如箭,岁月如梭的感慨,仰望星空,扪心自问时间都去哪儿了。
是的,时间到底是什么?
时间又是如何在指尖悄悄流逝的?
秒,是时间的基本单位。
图丨中国科学家发明的冷原子钟在太空中实现了稳定运行,精度高达3000万年误差不超过1秒。(来源:CCTV-13)
原子钟基于原子跃迁频率输出高精度的时频信号,是当今世界最精准的时间测量技术,精度可以达到千万年甚至几亿年误差1秒。铯原子钟、氢原子钟和铷原子钟是当前使用最常见的三种原子钟,在GPS导航领域广泛应用。
20世纪60年代以来,基本单位的定义就经过多次修改,并逐渐朝着量子技术的趋势发展。2019年,国际基本单位改革,秒、千克、米等7个基本单位再次被重新定义。对于秒这一基本单位,更精准的定义将促进更精准的导航系统的出现。
图1. 光-晶格时钟测试系统稳定性的改善(a) 光-晶格时钟精确调控激光的能量,之前的工作中通过电子从低能级(Lower state)跃迁到高能级(Upper state)。通过量子挤压处理,能够测试低能级的亚能级跃迁过程,改善了光-晶格时钟的稳定性 (b) 设计了16×20魔频激光陷阱光镊,捕捉150个中性原子,改善了光-晶格时钟的稳定性
这项工作展示了通过阵列操作改善时钟操作,实现了稳定时间长达20秒的阵列。通过这种作用,能够对阵列中同时进行的两组时钟测量分别读出。而且该体系中的多组时钟测试的稳定性接近目前光-晶格时钟的最好结果。
研究人员采用88Sr+离子构建受激的布里渊散射激光器,光学原子钟在1秒钟内具有3.9×10-14的短期稳定性,比最新技术的微波原子钟提高了一个数量级。这项成果为便携式光学原子钟的实现起到重要推动作用,为探索基本物理常数、寻找暗物质等重大科学问题带来了曙光。
【1】Edwin Pedrozo-Peñafiel et al. Entanglement on an optical atomic-clock transition. Nature 2020, 588, 414-418.
https://www.nature.com/articles/s41586-020-3006-1
【2】Aaron W. Young et al. Half-minute-scale atomic coherence and high relative stability in a tweezer clock. Nature 2020, 588, 408–413.
https://www.nature.com/articles/s41586-020-3009-y
【3】William Loh et al. Operation of an optical atomic clock with a Brillouin laser subsystem. Nature 2020, 588, 244–249.
https://www.nature.com/articles/s41586-020-2981-6
【4】Christian Lisdat & Carsten Klempt, Quantum engineering for optical clocks, Nature 588, 397-398 (2020)
DOI: 10.1038/d41586-020-03510-y
https://www.nature.com/articles/d41586-020-03510-y
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