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原子钟首次用于实地测量高度,便携式原子钟首

据英国《自然-物理》杂志11日在线发表的一篇论文报告,原子钟可以超精确测量时间,而德国科学家让一台便携式原子钟首次用于实地测量——对阿尔卑斯山脉某座山上一个特定实验室的高度进行了测量。该研究是对原子钟用于引力测量的原理性展示。

便携式原子钟首次用于实地测量

原子钟是世界上已知最准确的时间度量和频率标准。其精度可达到1017分之一量级,正因为有这样的准确度,原子钟可以检测时间流动中的极小变化。根据广义相对论预测,由于引力场的强度不同,在地球不同高度,时间流速不同。这意味着一台极精确的钟可以被用作引力传感器。原子钟的高精确度需要有精心控制的环境条件作保障,而这样的条件很难存在于度量衡学实验室之外。

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此次,德国联邦物理技术研究院研究人员克里斯丁·里斯达及其同事,将一台便携式原子钟装入一辆尺寸2.2m×3m×2.2m的拖车,开入阿尔卑斯山脉弗雷瑞斯隧道的法国段,然后再将它开到意大利段的某处——距离法国测量地约100公里且海拔低了1000米的地点,最后比较在两地得到的原子钟测数。

测量活动示意图 图片来源:《自然—物理》

本次实验的实际测量环境与理想的实验室环境相距甚远,研究团队用原子钟估计山上实验室的高度,并表示他们的估测结果与两组独立的、通过最先进的大地测量学手段(即结合光学水准仪卫星的定位系统与引力场模型)得到的测数相符。

本报讯 一项新研究报告称,一台便携式原子钟首次被用于进行实地测量。这台便携式光学原子钟被用来测量阿尔卑斯山脉某座山上一个特定实验室的高度。该研究是对原子钟在引力测量方面的未来应用原理的证明展示。相关成果2月13日在线发表于《自然—物理》。

研究人员提出,虽然他们这次测量的精度仍远低于传统测地学可取得的最佳结果,但是此次测量实验克服了诸多技术挑战,向实现原子钟在地理物理学中实际应用迈进了一大步。

原子钟能够超精确测量时间,精度可达10-17分之一。正因为如此,原子钟可以探测时间流动中的极小变化。广义相对论预测,由于引力场强度的不同,在地球不同高度时间流速不同。这意味着一台极精确的原子钟可以被用作引力传感器。原子钟的高精确度需要有精心控制的环境条件作保障,而这样的条件很难存在于度量衡学实验室之外。

德国布伦瑞克联邦物理技术研究院的Christian Lisdat和同事将一台便携式原子钟装入一辆2.2×3×2.2米的拖车,开入阿尔卑斯山脉弗雷瑞斯隧道的法国段,然后再将它开到意大利段的某处——距离法国测量地约100千米且海拔低了1000米,最后比较在两地得到的原子钟测数。实验的实际测量环境与理想的实验室环境相距甚远。作者用原子钟估计山上实验室的高度并表明其估测结果与两组独立的通过最先进的大地测量学手段(即结合光学水准仪卫星的定位系统与引力场模型)得到的测数相符。

研究人员提出,虽然这次测量的精度仍远低于传统测地学可取得的最佳结果,但是此次测量实验克服了诸多技术挑战,是原子钟在地理物理学中实际应用的一大进步。

《中国科学报》 (2018-02-13 第2版 国际)

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