重新定义1秒：NIST对比三种原子钟 进一步提高精度

　　由美国国家标准与技术研究所（NIST）领导的研究小组日前对三种全球领先的原子钟进行了比较， 并通过空气和光纤链路将“秒”的时间精度提高到新的高度。3 月 25 日出版在《自然》杂志上的论文中，NIST 领导的这项研究主要对比了三种基于不同原子的时钟，并首次在空中链接不同位置的最先进原子钟。

　　NIST 物理学家 David Hume 表示：“这些比较真正定义了基于光纤和自由空间测量的技术状态--它们都比迄今为止使用不同原子进行的任何时钟比较精确近 10 倍”。新的测量具有挑战性，因为所涉及的三种原子的 "滴答 "频率截然不同，因为所有的许多网络组件都必须以极高的精度运行，而且无线链路需要尖端的激光技术和设计。

　　原子钟就是以原子中电子的振动为振子的时钟，其中以光波段的电子振动为振子的时钟称为光钟。光晶格钟是光钟的一种。原子钟的准确度使其成为了计时和其他精确测量的绝佳工具。这是因为原子会在特定频率发射和吸收光子，这个过程基本不受环境因素的干扰。

　　该研究将位于NIST博尔德不同实验室的铝离子钟和镱晶格钟与位于1.5公里外的JILA（NIST和科罗拉多大学博尔德分校的联合研究所）的锶晶格钟进行了比较。该团队的测量非常精确，无论是光纤还是无线链路，不确定度只有1018的6到8分之1，也就是说，误差从未超过0.000000000000000008。

　　NIST的研究人员此前详细描述了他们如何在NIST镱钟和JILA锶钟这两个钟之间的空中链路上传输时间信号，发现这个过程与基于光纤的方法一样好用，比传统的无线传输方案精确1000倍。这项工作显示了最好的原子钟如何可能在地球上的远程站点之间进行同步，并且随着时间信号在更长的距离上传输，甚至在航天器之间进行同步。

　　NIST 团队测量了频率比，即三对原子（镱-锶、镱-铝、铝-锶）的频率之间的定量关系。其结果是有史以来最精确的三个自然常数的测量。频率比被认为是常数，在一些国际标准和基础物理理论的测试中都会用到。

　　频率比作为评价光学原子钟的指标，具有重要的优势。用通常的赫兹单位（每秒一个周期）直接测量光学时钟频率，受到现行国际标准--铯微波钟精度的限制。频率比克服了这一限制，因为它们不以任何单位表示。

　　频率比通常是通过使用光纤网络进行长距离测量的，而光纤网络的数量很少，而且距离很远，或者在某些情况下，使用通过卫星链路传输的微波数据进行测量，而卫星链路往往是不稳定的。