國際標準原子鐘精準度提升十倍

物理學家測量並對比了世界上最精確的原子鐘，達到前所未有的準確度，對於探索暗物質、太空飛船通訊等方面都具有重要意義。

原子鐘是一種以原子震盪頻率計算和維持時間準確度的設備，是現在世界上最準確的計時設備，也是國際時間和頻率轉換的基準，電視、廣播和全球定位系統（GPS）衛星等訊號也都以原子鐘控制。

美國國家標準技術研究所（NIST）和博爾德原子鐘光網絡（BACON）的研究人員合作，第一次對使用三種不同原子計算時間的原子鐘進行了對比，把它們之間的差別之比提升到此前水平的近十倍。這項實驗成果3月24日發表於《自然》（Nature）期刊上。

在這項實驗裏，鋁原子鐘和鐿原子鐘位於美國國家標準技術研究所在科羅拉多州博爾德市（Boulder）大樓裏面的兩個房間裏，另一台鍶原子鐘則位於1.5公里之外的另一家同樣位於博爾德市的物理研究機構——聯合實驗室天體物理研究所（JILA）內。

這項研究的主要撰稿人美國國家標準技術研究所的休謨（David Hume）在新聞稿中說：「這些結果是當今光纖和空中傳播兩路進行對比得到的最先進的結果，都比以前使用的任何原子鐘對比的結果更準確十倍左右。」

傳統的原子鐘常用銫原子，每秒震盪大約90億次。這次實驗引入的新原子鐘頻率更快，每秒大約數百萬億次。

如此快的速度，用傳統的電子設備已經無法計數。這項研究的參與者之一位於新墨西哥州太空動力學實驗室（Space Dynamics Laboratory）的物理學家萊奧帕迪（Holly Leopardi）介紹說，他們設計了一種方法，把這些超高頻率光波轉換為可控、易於測量的形式。

使用這種方法，研究人員可以對比不同原子鐘震盪頻率的比值。簡單來說，例如在相同時間內，一個設備震盪三次，另一個震盪兩次，那麼這兩個設備的頻率比就是1.5。

研究人員把這些原子鐘連續運作10～17天，不斷測量和對比它們的頻率，將此比值從現在的小數點後17位數，提升至18位數。

現在的衛星、全球定位系統（GPS）都依賴原子鐘確定精確的時間。主要撰稿人休謨說：「在日常生活中你不會感覺到任何不同，但是對於一秒時間的精確界定有著重要作用。」

不同類型原子鐘之間的震盪比應該是固定的，所以鐿原子鐘和鍶原子鐘頻率之比，在博爾德市和在世界任何其它地方都應該是一樣的。這對校準位於世界各地所有的原子鐘具有重要意義。

科學家認為宇宙中有多達85%的物質都不是由現在科學已經探測到的物質構成的，由此把它們統稱為「暗物質」。可是至今，還沒能確定組成暗物質的任何一種物質或粒子。

研究認為，暗物質在以光速穿過地球的過程中，很可能會輕微地改變一些基礎物理常數，比如精細結構常數的數值，而這樣的變化通過部署在世界各地的原子鐘就可能探測到。#

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