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2023-01-31
“秒”要被重新定義了，潘建偉團隊這項“國際首次”研究功不可沒
更新時間：2022-10-20 14:05:50作者：智慧百科
金磊 發(fā)自 凹非寺
量子位 | 公眾號 QbitAI
家人們，你以為的那個“一秒鐘”，可能不再是你以為的你以為了。
之所以這么說，是因為中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉團隊完成了一項“國際首次”的研究：
實現(xiàn)百公里自由空間時頻傳遞。
并且這項研究已經(jīng)在Nature上發(fā)表。
根據(jù)實驗結(jié)果來看，研究有效驗證了星地鏈路高精度光頻標比對的可行性，向建立廣域光頻標網(wǎng)絡(luò)邁出重要一步。
對此，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)張強教授表示：
將來如果放在衛(wèi)星上能做洲際的時間比對，我們就可以實現(xiàn)新一代的“秒”定義。
為什么“秒”要被重新定義了？
咱們現(xiàn)在經(jīng)常提到的時間概念“秒”，是自1976年以來，一直由銫-33原子鐘來定義的。
原子鐘最初是英國物理學(xué)家Louis Esseb創(chuàng)造，它的工作原理是計算原子中的電子自旋的翻轉(zhuǎn)頻率。
而在1976年這一年，科學(xué)家們通過銫-133原子在微波頻率下的跳動，重新定義了這個時間基本單位：
1秒 = 銫原子的電子自旋翻轉(zhuǎn)9192631770次的持續(xù)時間。
雖然說這種方式已經(jīng)夠精確了，但科學(xué)家們似乎卻不滿足于此。
截至目前，自然領(lǐng)域中對時間的測量精度已經(jīng)步入10-19的量級。
這種量級通俗點來講，就是百億年期間誤差不會超過1秒。
而且時間是目前七大基本物理量中測量最精確的那一個。
但單有最精確的計時還是不夠的，因為它還需要“配套”一個與之精度相匹配的時間傳遞技術(shù)。
二者的重要性可以說是畫等號的。
但地面附近自由空間的環(huán)境復(fù)雜，大氣中的各種擾動、湍流、鏈路損耗、環(huán)境變化等因素，給自由空間長距離時頻傳遞帶來了極大困難。
此前，自由空間中的光頻傳輸技術(shù)只能實現(xiàn)10公里量級的傳輸。
而潘建偉團隊要攻克的正是這一難題：
最終，潘建偉團隊在相隔113公里的新疆南山天文臺和高崖子天文臺之間，實現(xiàn)了萬秒10-19量級穩(wěn)定度的時頻傳遞。
據(jù)張強介紹：
把我們非常精密的這種時間信號，通過這個望遠鏡打到這個100公里以外的另外一個望遠鏡。
那邊的話，然后我的這個信號被那邊的一個同樣的一個望遠鏡接收，接收了之后他們進行一些比較精密的時間探測。
同時那邊也會打一個同樣的一個精密的光源信號也打過來，在這邊也做一個同樣的一個精密探測，然后兩邊的信號再做一個對準，做一個校正。
據(jù)了解，該實驗在如此自由空間時頻傳遞過程中：
時間傳遞萬秒穩(wěn)定度達到飛秒量級，頻率傳遞萬秒穩(wěn)定度優(yōu)于4E-19，系統(tǒng)相對偏差為6.3E-20±3.4E-19，系統(tǒng)可容忍最大鏈路損耗高達89dB，遠高于中高軌星地鏈路損耗的典型預(yù)期值（約78dB）。
而國際計量組織計劃2026年討論“秒”定義的變更，也正因這項研究成果的實現(xiàn)，張強認為：
如果能夠?qū)崿F(xiàn)洲際的比對的話，那么我們就可以實現(xiàn)新一代的這個“秒”定義。
與日常生活相關(guān)
那么接下來的一個問題便是，這項研究成果會帶來哪些影響？
引用Nature審稿人的評價就是：
該工作是星地自由空間遠距離光學(xué)時間頻率傳遞領(lǐng)域的一項重大突破，將對暗物質(zhì)探測、物理學(xué)基本常數(shù)檢驗、相對論檢驗等基礎(chǔ)物理學(xué)研究產(chǎn)生重要影響。
但除此之外，其實這項研究也與人們的日常生活息息相關(guān)。
例如衛(wèi)星的導(dǎo)航精度與計時精度緊密相關(guān)，若是希望定位更加準確（毫米以下），就需要更好的計時精度。
在大地測量、地質(zhì)勘探、雷達探測等涉及社會民生的領(lǐng)域，精確的時間也都將發(fā)揮重要的作用。
那么對于未來新“秒”的定義，你期待了嗎？
[1]https://www.nature.com/articles/s41586-022-05228-5
[2]https://weibo.com/2032139271/Mb1zivEhA?type=comment
[3]https://mp.weixin.qq.com/s/MCbQ6UJFNflzF0VmrtPw4Q
[4]https://tv.cctv.com/2022/10/06/VIDEYEjxB0UTcY85WichtWvz221006.shtml?spm=C45404.PCHhhgX3efBE.Ev0XVtu8CoWN.224
[5]https://ishare.ifeng.com/c/s/v002EZ3vLgfck1LPf29qCKM51b4D1bqKqLDSTFiDq8nGUgw__