有史以来最精确的原子钟是量子气体的立方体

2017-03-25 01:01:36

G.爱德华马蒂/ JILA艾琳伍德沃德这是时候了有史以来最精确的原子钟是通过将锶原子排列成网格状图案然后堆叠像煎饼这样的网格而创建的大多数原子钟使用同位素铯-133的原子时间的滴答是通过电子发射的微波来测量的,这些电子是从那些原子从较低轨道跳到较高轨道时吸收然后从激光器中失去能量但是这些时钟在限制时间方面受到限制,因为当铯电子从某种状态跳到另一种状态时,它们发出的频率仅为9千兆赫兹,即每秒90亿次锶原子中的电子发射429,500千兆赫兹的辐射 “在2014年,世界上最精确的光学时钟在宇宙的整个时代都不会失去或获得一秒钟,”科罗拉多大学博尔德分校的Jun Ye说以前的铯钟在3亿年的时间内准确地保持在一秒钟之内现在,Ye的小组已经构建了一个如此精确的锶时钟,在每10个几分之一的时间内,只有3.5个不同步 - 这是第一个达到该精度水平的原子钟为了构建更精确的时钟,Ye和他的团队设计了一种3D结构,让他们可以在激光束的宽度内同时测量来自更多原子的信号但如果包装太多,信号会因原子间的碰撞而变得模糊格子结构使研究人员能够调查密度更高的原子 - 每立方厘米10万亿个原子与之前每立方厘米100亿个原子的时钟相比 - 并且可以更好地控制这些原子的相互作用,最大限度地减少它们撞击的频率彼此他们将原子冷却到-273˚C并将每个原子捕获在自己的位置以控制它们之间的相互作用 “想象一下你在城市街区​​拥有单人住房的情景一个人住在每个房子里,邻居永远不允许进入,“叶说 “每个原子都适合一个特定的位置”叶说,超冷温度将原子转化为所谓的量子气体 “当气相中的原子非常热时,它们会相互分离并相互碰撞,”他说 “当你降低气体的温度使这些粒子像波浪一样开始移动时,这会发生变化 - 它们开始相互避开”更精确的时钟将使我们能够测试像爱因斯坦的广义相对论这样的理论 - 它说时钟运行不同应该他们经历不同的引力 - 并寻找改变深空中时间流逝的引力波 Ye说,虽然它是有史以来最精确的原子钟,但它还没有足够长的时间来确认它随时间的准确性德国Physikalisch-Technische Bundesanstalt的Christian Lisdat对3D格子排列如何影响时钟精度感兴趣,但他确信结果是合理的 “这是一个令人印象深刻的示范,可以做什么,”Lisdat说期刊参考:Science,DOI:10.1126 / science.aam5538阅读更多:关于时间:世界上最准确的时钟我们纠正了原子钟频率发射的机制更多关于这些主题: