光学时钟网络有望重新定义“秒”

　　参考消息网6月19日报道 据《西班牙人报》网站6月12日报道，通过把六个不同国家的光学时钟连接，一个国际研究团队进行了迄今为止最全面的光学时钟——一种非常精确的原子钟——协调比较。研究人员在发表于《光学》杂志上的研究中指出，这项跨越数千公里的实验是朝着重新定义“秒”的概念，以及最终建立全球光学时间尺度迈出的重要一步。

　　研究人员通过在六个国家进行跨越数千公里的光学时钟比较，迈出了建立全球时间新标准的关键一步。

　　英国国家物理实验室的时间和频率负责人海伦·马戈利斯指出：“原子钟提供的精确时间和频率信号对于许多日常技术至关重要，比如全球定位系统、电网管理和金融交易同步等。”

　　“我们的发现可以帮助提高下一代光学时钟的性能，这将使全新的应用和依赖于时间和频率的科学进步成为可能。”马戈利斯说。

　　光学时钟是一种原子钟，使用激光以受控的方式激发原子，从而使其在特定的能级之间跃迁。这种跃迁发生在极其精确的频率上，这些频率相当于普通钟表的“滴答”声。

　　由于光学时钟以多种形式存在，每种都使用不同的原子来测量时间，因此要充分利用光学时钟的潜力就需要在长距离上进行比较。

　　此次研究同时使用10个不同的光学时钟，进行了38次比较（频率比）。其中4次比较是首次进行，而其余几次的测量精度也远高于以往实验。

　　意大利计量科学研究院高级研究员马尔科·皮佐卡罗指出：“这种测量提供了一些关键信息，以便说明光学时钟还需做哪些工作，才能达到国际计时所需的精度和可靠性。”

　　他还强调，这次实验展示了“整个欧洲的光学时钟如何连接，以最先进的精度测量频率比”，并且创造了一个“分布式实验室”。

　　数十年来，全球计时标准一直基于分布在世界各地的铯微波原子钟信号的平均值。但是，越来越多的人呼吁使用光学时钟来重新定义国际单位制下的“秒”。

　　目前光学时钟的精度约为铯原子钟的100倍，其计时精度极高，在数十亿年内的误差不超过1秒。

　　然而，要将其用于国际计时，需要比较多个光学时钟之间的数据，以验证它们是否正常工作。这正是这项新实验所要完成的工作。

　　芬兰计量科学中心高级科学家托马斯·林德瓦尔指出：“同时比较多个光学时钟并使用多种链路技术，比之前使用的成对时钟比较能够提供更多关键信息。通过协调一致的测量，可以验证一致性并获得更可靠的信息。这些结果有助于确定在新的‘秒’定义中应该使用哪个或哪些光学时钟。”

　　为了开展这项研究，科学家们必须将来自不同光学时钟系统的频率信号连接起来。他们使用了两种方法：来自卫星的无线电信号和通过光纤传输的激光。

　　数据分析工作也给科学家带来了挑战。英国国家物理实验室科学家蕾切尔·戈登指出：“并非所有结果都符合我们的预期，而且我们观察到测量结果中存在一些不一致性。但是，同时比较如此多的光学时钟并使用多种技术将它们连接起来，使得辨别问题根源所在变得更加容易。”

　　该实验还发现了一些需要进一步展开研究的领域。例如，为了确认所有光学时钟都按预期工作，需要降低测量的不确定性，直到所有时钟的精度达到相同水平。之后必须重复测量以确认运行可靠性，从而增强对时钟和链路的信心。此外在重新定义“秒”之前还必须满足其他多个标准，其中之一就是证明光学时钟能够定期、持续地为国际时间尺度作出贡献。（编译/王萌）