研究人员联手同时对十台超精密光学钟进行了比对

为了进一步提高计时精度，来自六个欧洲国家的研究人员联手同时对十台超精密光学钟进行了比对——这在此前从未进行过如此规模的研究。这些光学钟利用激光测量原子在能级之间的跃迁，比传统的铯原子钟精确得多。事实上，光学钟在数十亿年的时间里，误差可能不超过一秒。

为了检验这些时钟之间的一致性，研究团队进行了38次测量，即所谓的频率比。其中四次测量从未直接进行过，许多测量的精度都比以往更高。这项实验有助于我们更接近更新世界对一秒的定义，或许可以从铯钟转换为光学钟。

英国国家物理实验室的海伦·马戈利斯表示：“原子钟提供的精确时间和频率信号对于 GPS、电网管理和保持金融交易同步等许多日常技术至关重要。”

将这些时钟进行长距离连接非常棘手。科学家们使用了两种连接方法：卫星GPS信号和定制光纤电缆。所有时钟都可以使用GPS，但由于噪音和信号问题，其精度并不理想。法国、德国和意大利使用的光纤链路精度提高了100倍，但只能覆盖短距离。对于同一实验室中的时钟，例如德国和英国的时钟，短光纤电缆有助于进一步降低不确定性。

该研究结果发表在《光学》（Optica）杂志上，这是一本专注于光学科学的期刊。研究团队还比较了不同系统中各种频率比的差异，以发现任何不匹配或模式。

意大利国家原子能研究所（INRiM）的马可·皮佐卡罗（Marco Pizzocaro）表示：“这些测量结果提供了关键信息，表明光学时钟还需要进行哪些工作才能达到国际计时所需的精度和可靠性。” 他补充说，该装置就像一个分布式实验室，可以用于更深入的物理研究，例如寻找暗物质或测试物理学的基础。

协调所有十个时钟，并让它们在六个国家同步运行，需要大量的准备工作。有些结果与预测不符，但如此多的时钟同时运行，有助于发现问题所在。

“并非所有结果都符合我们的预期，而且我们在测量中观察到了一些不一致之处，”NPL 的 Rachel Godun 说道。“然而，同时比较这么多时钟，并使用多种技术来关联时钟，使得我们更容易识别问题的根源。”

研究人员表示，需要开展更多工作来降低测量不确定性，并确保这些光学时钟长期可靠。如果能做到这一点，这些时钟可能很快就会成为我们用来定义全球时间的时钟。正如芬兰VTT MIKES的 Thomas Lindvall所说：“通过一套协调一致的测量方法，我们既可以检验一致性，又能提供更可靠的结果。”

来源：Optica（链接1、链接2）