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“秒”或将很快被重新定义

告别铯原子:“1秒”即将在2030年被重新定义

念出“铯原子”大约需要一秒钟,而在过去的近60年里,也正是铯原子在定义“一秒到底有多长”。

1967年,国际单位制确立了以铯-133原子在微波辐射下的能级跃迁频率来定义时间:铯原子跃迁振荡 9,192,631,770 个周期,即为标准的1秒。这一基准支撑了全球金融交易、卫星导航和电网运行的协同同步。

但这个统治了半个多世纪的基准即将成为历史。在凡尔赛召开的国际计量大会(CGPM)上,全球计量学家正式设定了一个时间节点:将在2030年前完成对“秒”的重新定义。


为什么要重新定义?

问题在于:现有的尺子已经不够精准了。

为了校准由全球数百台原子钟汇总的标准时间,国际计量局(BIPM)开始采用一系列基于不同元素的新型原子钟。这些新钟的精确度已远超最顶尖的铯原子钟。

如果继续用铯原子钟去校准这些新钟,就像“用刻度比头发丝还宽的尺子去量头发的粗细”。为了让时间测量更精确,科学界必须解绑铯原子。


谁是“新秒”的候选者?

传统铯原子钟使用微波辐射,而新一代的光学原子钟(光钟)则改用激光触发跃迁。光钟的“滴答”频率极高,能实现比微波钟精细数个量级的时间切分。

目前的主要竞争方案包括:

  1. 镥离子光钟(Lutetium)
    新加坡国立大学团队近期在《自然》发表成果,其研发的镥离子钟稳定度达到顶尖铯钟的 1000倍左右。但缺点是体型庞大,目前仍有房间大小,难以搬离实验室。
  2. 锶(Strontium)与镱(Ytterbium)光钟
    这类光钟采用激光悬浮原子技术,便携度相对更好。但7月发表在《物理评论快报》的研究指出,不同实验室间对比这两类光钟时出现了超出理论误差范围的偏差,一致性仍需验证。

2030倒计时

原子钟必须具备在全球不同地点都能稳定、可靠复现的能力。目前,时间与频率咨询委员会(CCTF)正在评估各项技术方案,以确定最终胜出的原子跃迁标准。

距离2030年的裁决期限,留给物理学家们达成共识的时间还剩约1亿秒。