人民網(wǎng)北京1月26日電 （記者李依環(huán)）記者從中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校潘建偉、陳宇翱、戴漢寧等組成的研究團(tuán)隊(duì)，近日成功研制了萬秒穩(wěn)定度和不確定度均優(yōu)于5×10-18（相當(dāng)于數(shù)十億年的誤差不超過一秒）鍶原子光晶格鐘。
根據(jù)公開發(fā)表的數(shù)據(jù)，該系統(tǒng)不僅是當(dāng)前國內(nèi)綜合指標(biāo)最好的光鐘，也使得我國成為繼美國之后第二個達(dá)到上述綜合指標(biāo)的國家。相關(guān)成果日前發(fā)表于國際計量領(lǐng)域重要學(xué)術(shù)期刊《計量學(xué)》。
中國科大Sr 1和Sr 2光鐘的異步比對操作和穩(wěn)定度性能。中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)供圖
據(jù)悉，目前，最先進(jìn)的光鐘比國際上用于秒定義的微波噴泉鐘的精度高出了兩個數(shù)量級以上。正是基于量子精密測量技術(shù)的發(fā)展，第二十七屆國際計量大會通過了“關(guān)于秒的未來重新定義”的決議，計劃于2026年提出關(guān)于利用光鐘重新定義國際單位制（SI）“秒”的具體路線，并將在2030年做出最終決定。為了推動基于光鐘的新一代秒定義，要求至少3個不同實(shí)驗(yàn)室的光鐘不確定度優(yōu)于2×10-18，并通過光學(xué)鏈路或移動光鐘實(shí)現(xiàn)優(yōu)于5×10-18的頻率比對精度。
在前期工作的基礎(chǔ)上，研究團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)了鍶原子（87Sr）的激光冷卻，并將其束縛在長壽命的一維光晶格中，利用一束預(yù)先鎖定到超穩(wěn)腔的超穩(wěn)激光來探尋鍶原子鐘態(tài)躍遷，并實(shí)現(xiàn)了光鐘閉環(huán)運(yùn)行。通過兩套獨(dú)立的鍶原子光晶格鐘進(jìn)行了頻率比對測量，得到單套光鐘的穩(wěn)定度在10000秒積分時間被達(dá)到了4×10-18，在47000秒達(dá)到了2.1×10-18。在此基礎(chǔ)上，研究團(tuán)隊(duì)還對Sr 1光鐘的系統(tǒng)頻移因素開展了逐項(xiàng)評定，最終得到其系統(tǒng)不確定度為4.4×10-18，相當(dāng)于72億年僅偏差1秒。上述性能指標(biāo)表明該光鐘系統(tǒng)已部分滿足“秒”重新定義的要求。
據(jù)介紹，該成果對未來實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離光鐘比對、建立超高精度的光頻標(biāo)基準(zhǔn)和全球性光鐘網(wǎng)絡(luò)奠定了重要的技術(shù)基礎(chǔ)，對未來構(gòu)建新一代全球時間基準(zhǔn)乃至提供引力波探測、暗物質(zhì)搜索的新方法等具有重要價值。