@ 2018.06.02 , 09:00

被遗忘的镥元素,能提高时间测量精度

被遗忘的镥元素,能提高时间测量精度

这是一种罕见的地球元素,很少受到关注。然而,它也许是提高原子钟精度的关键。这有助于我们探索太空、追踪卫星,甚至使时区保持同步。

原子钟利用激光束下的原子振动测量时间,每隔5千万年才会产生1秒钟误差——具体取决于使用何种元素。不过,科学家依然想提高精度。于是,镥元素登场了。新加坡量子技术中心的研究团队称:相较于铯元素和铷元素,镥元素能够提供更高的稳定性和精确度。主要研究人员Murray Barrett说道:

原子钟的最终性能取决于原子的性能——原子对周围环境有多不敏感。我认为,镥元素是这方面的顶尖之选。

1955年,第一台原子钟问世。此后,科学家一直在用不同元素的原子进行实验,希望找到能够产生最高精度的元素。铯是第一种用于原子钟的元素,其振动的微波频率为9,192,631,770次/秒。近年来,科学家发现,镱、锶等元素的振动速度可达光频——振动速度快几万倍左右。每秒振动次数越多,时间的测量精度越高。

镥元素不仅以光频振动,它还具有另一项优势:温度和压强变化对它的影响微乎其微。传统石英表会渐渐走不准,正是由于这些环境因素——石英表很好,但不完美。同理,这些因素也会对原子钟的精度产生微弱影响。如今,研究团队在六个月内进行大量测试,得出结论:在全部现有原子钟里,镥元素对温度的敏感度最低。

此外,深入研究表明:镥元素和镱元素的原子钟制造方法相同。这意味着,改良原子钟不会太麻烦。不过,在实现镥原子钟前,科学家还需要解决一些问题。镥元素之所以长期被人忽略,就是因为它需要一项特殊技术,才能平衡某些潜在误差。目前,科学家正致力于解决这个问题。

提高原子钟的稳定性和精确度大有裨益。在研究引力、光速等诸多对象时,极其精确的时间测量至关重要。因此,科学家将继续不断探究如何提高原子钟的精度。

本文译自 sciencealert,由译者 蛋花 基于创作共用协议(BY-NC)发布。
原作者:FABRIZIO CARMIGNANI


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