新型原子鐘140億年內(nèi)誤差不超1/10秒
據(jù)最新一期《自然》雜志報(bào)道，美國(guó)科學(xué)家利用量子糾纏現(xiàn)象新設(shè)計(jì)出一種原子鐘，如果運(yùn)行約140億年(大約是當(dāng)前宇宙的年齡)，該原子鐘可將時(shí)間精度保持在1/10秒之內(nèi)。
麻省理工學(xué)院的研究人員解釋說(shuō)，量子糾纏有助于減少測(cè)量原子鐘用來(lái)保持時(shí)間的原子振蕩所涉及的不確定性。
原子鐘通過(guò)與激光一樣的方法來(lái)測(cè)量原子云的規(guī)則振蕩，這是科學(xué)家目前可以觀察到的最穩(wěn)定的周期性事件。理想情況下，人們將能夠使用單個(gè)原子的運(yùn)動(dòng)。然而，在原子尺度上，量子力學(xué)的奇異規(guī)則開(kāi)始起作用。測(cè)量受制于概率，必須將概率取平均才能得出可靠的數(shù)據(jù)。當(dāng)增加原子數(shù)時(shí)，所有這些原子給出的平均值將產(chǎn)生具有正確值的東西。
當(dāng)前的原子鐘從數(shù)千個(gè)超冷原子中進(jìn)行測(cè)量，這些原子被激光束縛在一個(gè)光學(xué)“陷阱”中，并由另一種激光探測(cè)，其頻率類(lèi)似于被測(cè)原子的振動(dòng)頻率。但是，這種方法也受到一定程度的量子不確定性的影響。
在新設(shè)計(jì)中，研究人員糾纏了稀土元素350中的約350個(gè)原子，該元素每秒比常規(guī)原子鐘中使用的銫的振蕩頻率高10萬(wàn)倍。研究人員解釋說(shuō)，這意味著糾纏原子的單個(gè)振蕩在一個(gè)共同的頻率附近變緊，從而提高了時(shí)鐘進(jìn)行測(cè)量的精度。
與使用常規(guī)原子鐘一樣，研究人員將原子捕獲在由兩個(gè)反射鏡界定的光學(xué)腔中，然后向腔內(nèi)發(fā)射激光，使其在反射鏡之間反射，與原子反復(fù)相互作用并糾纏它們。研究人員使用另一臺(tái)激光儀測(cè)量原子的平均頻率，研究發(fā)現(xiàn)糾纏使時(shí)鐘達(dá)到了所需精度的4倍。
研究人員表示，通過(guò)延長(zhǎng)測(cè)量時(shí)間，可以使時(shí)鐘更精確。新時(shí)鐘的設(shè)計(jì)可用來(lái)更好地破解宇宙的各種未解之謎。隨著宇宙的老化，光速會(huì)改變嗎?電子的電荷會(huì)改變嗎?這都可以用更精確的原子鐘進(jìn)行探測(cè)。(記者馮衛(wèi)東)
關(guān)鍵詞： 新型原子鐘
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