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英國(guó)《自然·通訊》雜志24日發(fā)表的一項(xiàng)物理學(xué)研究,中國(guó)科學(xué)家報(bào)告了超高精度、能在空間環(huán)境下穩(wěn)定運(yùn)行的冷原子鐘,其將目前人類在太空的時(shí)間計(jì)量精度提高1至2個(gè)數(shù)量級(jí)。該成果將推動(dòng)計(jì)量學(xué)發(fā)展,并對(duì)測(cè)試基本物理學(xué)原理有著重要意義。
由中國(guó)科學(xué)院牽頭負(fù)責(zé)的載人航天工程空間應(yīng)用系統(tǒng),在天宮二號(hào)上開(kāi)展了14項(xiàng)空間科學(xué)與應(yīng)用任務(wù),其中包括國(guó)際上首臺(tái)在軌運(yùn)行并開(kāi)展科學(xué)實(shí)驗(yàn)的空間冷原子鐘。
原子鐘根據(jù)兩個(gè)原子能級(jí)之間的能量差計(jì)時(shí)。冷原子的能量差可通過(guò)激光探測(cè)進(jìn)行精確測(cè)量,而且在實(shí)驗(yàn)室條件下,冷原子鐘可不受外部擾動(dòng),保持穩(wěn)定。然而,要使這種時(shí)鐘在太空長(zhǎng)期運(yùn)行仍具極大的挑戰(zhàn)性,因?yàn)閬?lái)自地球輻射帶的磁場(chǎng)擾動(dòng)和高能粒會(huì)影響它的穩(wěn)定性。
此次,中科院光學(xué)精密機(jī)械研究所研究員劉亮及其同事,報(bào)告了冷原子鐘穩(wěn)定在軌運(yùn)行的證據(jù)。他們?cè)谖⒅亓Νh(huán)境下囚禁并冷卻銣原子,使用微波和激光脈沖探測(cè)它們。團(tuán)隊(duì)在微波與原子相互作用后檢測(cè)原子在能級(jí)上的布居數(shù),發(fā)現(xiàn)在軌時(shí)鐘的穩(wěn)定性為十萬(wàn)億之三。
報(bào)告稱,高性能冷原子鐘完成全部在軌測(cè)試任務(wù),成功驗(yàn)證了在微重力環(huán)境下的特性與機(jī)制,實(shí)現(xiàn)了天穩(wěn)定度7.2乘以10的負(fù)16次方的超高精度。而目前應(yīng)用的都是熱原子鐘,最高天穩(wěn)定度在10的負(fù)15次方量級(jí)。
冷原子鐘將可用于開(kāi)發(fā)空間計(jì)量傳感器,應(yīng)用于導(dǎo)航定位系統(tǒng)則會(huì)提升系統(tǒng)自主運(yùn)行能力及定位精度;同時(shí),它還可以測(cè)試物理學(xué)中基本常數(shù)的變化、廣義相對(duì)論和愛(ài)因斯坦等效原理。（科技日?qǐng)?bào) 記者張夢(mèng)然）
