鑷子時(shí)鐘可能有助于更準(zhǔn)確地分辨時(shí)間

世界各地都使用原子鐘來精確計(jì)時(shí)。時(shí)鐘的每個(gè)“滴答”都取決于原子振動(dòng)及其對(duì)周圍電磁場(chǎng)的影響。當(dāng)今使用的基于原子銫的標(biāo)準(zhǔn)原子鐘通過“計(jì)數(shù)”無線電頻率來指示時(shí)間。這些時(shí)鐘可以精確到每?jī)|億分之一秒測(cè)量一次時(shí)間。測(cè)量光的光學(xué)頻率的新型原子鐘更為精確，并且最終可能取代基于無線電的原子鐘。

現(xiàn)在，加州理工學(xué)院和由加州理工學(xué)院為NASA管理的噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室(JPL)的研究人員已經(jīng)提出了一種新的光學(xué)原子鐘設(shè)計(jì)，該鐘表有望成為迄今為止最準(zhǔn)確，最精確的儀器。時(shí)鐘正確確定時(shí)間的能力，而精度則是指其能夠精確顯示時(shí)間的能力)。它被昵稱為“鑷子鐘”，采用的技術(shù)是使用所謂的激光鑷子來操縱單個(gè)原子。

加州理工學(xué)院物理學(xué)助理教授曼努埃爾·恩德雷斯(Manuel Endres)說：“物理學(xué)家的目標(biāo)之一就是能夠盡可能準(zhǔn)確地說出時(shí)間。”他發(fā)表了一篇新論文，在《物理評(píng)論X》上對(duì)結(jié)果進(jìn)行了描述。Endres解釋說，盡管每天不一定需要超精密時(shí)鐘來計(jì)時(shí)，但它們可能會(huì)導(dǎo)致基礎(chǔ)物理學(xué)研究以及尚未想象的新技術(shù)的進(jìn)步。

新的時(shí)鐘設(shè)計(jì)基于已經(jīng)使用的兩種類型的光學(xué)原子鐘。第一種基于單個(gè)捕獲的帶電原子或離子，而第二種則使用捕獲在所謂的光學(xué)晶格中的數(shù)千個(gè)中性原子。在捕獲離子方法中，只需要精確地隔離和控制一個(gè)原子(離子)，從而提高了時(shí)鐘的準(zhǔn)確性。另一方面，光學(xué)晶格方法受益于具有多個(gè)原子 -原子越多，由于各個(gè)原子的隨機(jī)量子漲落而產(chǎn)生的不確定性就越少。

Endres團(tuán)隊(duì)的原子鐘設(shè)計(jì)實(shí)質(zhì)上結(jié)合了兩種設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)，從而獲得了兩者的優(yōu)勢(shì)。新設(shè)計(jì)沒有使用光學(xué)晶格方法那樣使用許多原子的集合，而是使用了40個(gè)原子，而這些原子是由激光鑷子精確控制的。在這方面，新設(shè)計(jì)不僅受益于具有多個(gè)原子，而且還允許研究人員控制這些原子。

加州理工學(xué)院的研究生，這項(xiàng)新研究的主要作者伊瓦伊洛·馬德亞羅夫(Ivaylo Madjarov)說：“這種方法將物理的兩個(gè)分支聯(lián)系在一起-單原子控制技術(shù)和精確測(cè)量。” “我們正在開創(chuàng)原子鐘的新平臺(tái)。”

Madjarov解釋說，通常，原子鐘中的原子就像音叉一樣，可以幫助穩(wěn)定電磁頻率或激光。“我們的激光振蕩就像鐘擺一樣，可以記錄時(shí)間的流逝。原子是非?？煽康膮⒖?，可以確保鐘擺以恒定的速率擺動(dòng)。”

研究小組說，新系統(tǒng)非常適合未來對(duì)量子技術(shù)的研究。這些系統(tǒng)中的原子可以糾纏或全局連接，并且這種糾纏狀態(tài)可以進(jìn)一步穩(wěn)定時(shí)鐘。Endres說：“我們的方法還可以為量子計(jì)算和通信架構(gòu)搭建橋梁。” “通過融合物理學(xué)中的不同技術(shù)，我們進(jìn)入了一個(gè)新的領(lǐng)域。”

鄭重聲明：本文版權(quán)歸原作者所有，轉(zhuǎn)載文章僅為傳播更多信息之目的，如有侵權(quán)行為，請(qǐng)第一時(shí)間聯(lián)系我們修改或刪除，多謝。

推薦內(nèi)容