澳科学家利用稀土元素镱研制高精确度原子钟

西澳大利亚大学副教授约翰-迈克菲伦领导的研究小组正在与时间赛跑，研制精确度达到世界领先水平的原子钟。他们的原子钟将用于一项实验，测量宇宙的一个基本常数。迈克菲伦等人研制的原子钟采用稀土元素镱的原子制造。他说：“与其将它们看成钟表，我更喜欢将它们视为人类的终极精度机器。”

与采用微波的标准原子钟不同，镱原子钟将在更高的光频段下运转，将时间分割成大约10万份，用以获得更高的精确度。迈克菲伦说：“为了制造这种原子钟，我们需要使用激光器、光学装置、电子装置、不锈钢和超高真空系统，用于隔离镱原子。每一个激光系统几乎都能让人写一篇博士或者硕士论文。”

激光系统负责冷却和减缓镱原子的速度，同时在磁场的配合下将它们捕获到一个栅格中。栅格内，它们会遭到拥有特定频率的超纯净高稳定黄色激光的轰击。激光轰击导致原子中的电子拥有更高的能量态。迈克菲伦表示：“这种黄色激光最接近于纯正弦波。想象一下将你听到的音符的清晰度放大10亿倍，这就是纯正弦波需要做的事情。”

西澳大利亚大学副教授约翰-迈克菲伦。迈克菲伦领导的研究小组正在与时间赛跑，研制精确度达到世界领先水平的原子钟。他们的原子钟将用于一项实验，测量宇宙的一个基本常数。迈克菲伦等人的原子钟采用稀土元素镱的原子制造。

完成之后，这将是澳大利亚唯一的冷原子光学钟，同时也是国际太空原子钟组合系统中唯一一个来自南半球的原子钟。太空原子钟组合系统将于2016年发射升空，进入国际空间站，帮助确定物理学中的精细结构常数是否在任何地区都保持不变。精细结构常数用于表示原子核束缚用于束缚电子的电磁力。3年时间里，原子钟的频率比经过比较后可用于评估精细结构常数是否发生变化。

迈克菲伦表示：“天文观测结果显示精细结构常数在宇宙数十亿年的变迁中发生变化。精细结构常数可能在不同方向存在差异。科学家研制原子钟的作用就是要看一看能否探测到这种变化。”除了验证物理学定律等研究目的外，原子钟还可以用于定义时间。迈克菲伦说：“我们当前的时间单位秒立基于铯的能级之间跃迁，每秒9192631770个周期。”世界各地的科学家研制镱、铝、汞和锶原子钟，以确定哪一种原子钟组合最适于在未来定义秒的标准。


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