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PRL: 为了星辰大海,搅动光钟

作者:点击次数:更新时间:2022年02月18日


绘图/孙光磊


2022120日,美国国防高级研究计划局(DARPA)发布ROCkN项目,计划将GPS卫星上的原子钟全部替换成光钟,从而使测量精度得到百倍的提升。

2022210日,新华社对中国科学院国家授时中心进行全面报道,计划将光钟送入空间站,建立太空时间测量系统。


光钟,是通过激光冷却技术,将大量超冷原子装载在由多束激光组成的鸡蛋盒”中。因为每个原子内部的两个特定能级都可以用来“校对”激光的频率,从而可以提供极其准确的频率信号。目前世界上最强的时间频率测量平台,便是锶原子光晶格钟平台,其测量精度可以达到惊人的10-21,即在宇宙年龄内不到万分之一秒的误差,其可以观测到一微米内引力造成的时空弯曲效应。根据量子力学,当原子温度接近绝对零度的时候,其量子不确定性将增强,从而导致测量精度下降。因此,通常会采用重力来压制原子的量子隧穿效应。然而,当光晶格钟被送上太空之时,引力将变得非常微弱,从而很难找到方法抑制量子隧穿。这是摆在各国科学家面前的重要难题,也阻碍着我们驶向外太空。


最近,manbetx手机版登录注册汪涛博士和张学锋教授带领的理论团队,与中国科学院国家授时中心常宏研究员带领的实验团队紧密合作,利用弗洛凯设计技术成功地在浅光晶格中实现了赫兹级窄谱。通过周期性改变激光频率,整个光晶格被晃动起来。反直觉的是,原子在动力学局域化机制的影响下,反而更加稳定,量子隧穿效应被有效压制,从而在实验上观测到千赫兹宽的谱线被压制到5.4赫兹。由于此系统脱离了重力压制的依赖,从而天然适合外太空的弱重力环境,向未来星载空间站载光钟迈出了重要的一步。相关工作以题目《Floquet Engineering Hz-Level Rabi Spectra in Shallow Optical Lattice Clock》发表在最新一期的《物理评论快报》上:Phys. Rev. Lett. 128, 073603 (2022)