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在一項新研究中，科學家開展了迄今最全面的光學原子鐘（以下簡稱“光鐘”）協調比對實驗。他們在6個國家同步運行多臺光鐘及其連接鏈路，跨越數千公里，邁出了更精確定義“秒”這一基本時間單位，建立全球光學時間尺度的重要一步。在最新一期《光學》期刊上，來自多個研究機構的團隊發表了這項研究成果。
光鐘利用激光精準激發原子，使其在特定能級間躍遷。這些躍遷會產生極其穩定的頻率，就像鐘表里的“滴答聲”，可以用來計時。由于光鐘種類眾多所用原子不同，要充分發揮其高精度潛力，必須進行跨地域比對，確認它們的一致性。
幾十年來，全球統一的時間標準一直基于多臺銫微波原子鐘信號的平均值。然而，光鐘的精度已遠超銫鐘，高出約100倍。隨著技術進步，越來越多科學家呼吁用光鐘取代銫鐘，重新定義國際單位制中的“秒”。
此次實驗協調比對了6國共10臺不同類型的光鐘，完成了38組頻率比對，其中4組為首次直接比對，其他多組的精度也顯著提升。
與以往的點對點鐘表比對不同，這次實驗首次實現多臺光鐘同時比對，并結合了多種鏈路技術，從而獲得了更豐富的信息。通過一整套協調測量，研究團隊可以同時檢驗一致性并提高可信度。這對于決定哪些光鐘適合用于新“秒”的定義具有重要意義。
為實現這些比對，研究團隊需要將各地光鐘系統的頻率輸出連接起來。他們采用了兩種方式：一是使用GPS衛星信號，適用于所有地點但精度有限；二是通過光纖傳輸激光信號，這種方式精度比前者高出100倍，但僅限法國、德國和意大利之間。
英國國家物理實驗室時間與頻率部門負責人海倫·馬戈利斯表示，原子鐘提供的精準時頻信號是GPS、電網調度和金融交易等現代技術的核心。這項研究有望提升下一代光鐘性能，推動新應用發展，并支撐更多依賴高精度計時的科學探索。
來源：科技日報
