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原子钟可更精确测量时空扭曲

2018-12-06 14:04:42 来源:中国科学报

   《自然》近日在线发表的一篇论文指出,下一代光学原子钟能比现有方法更精确地测量地球表面时空的引力扭曲。这些钟可用于探测引力波、检测广义相对论、寻找暗物质。

  时间的流逝并非绝对,而是取决于给定的参照标准。因此,时钟测量很容易受到相对速度、加速度和重力势的影响。重力势增加会导致山顶的钟比地面的钟走得更快。为了对引力场中不同位置的钟进行比对,就需要一个共同的参照面。地球上的参照面为大地水准面,大地水准面是与全球平均海水面重合的等势面,目前由全球卫星定位系统和一个计入重力的大地水准面模型的高程测量确定。两者当前均有几厘米的不确定度,而使用原子钟可以降低这种不确定度。

  原子钟是基于特定原子跃迁在光频波段的测量。下一代原子钟对引力的相对论效应非常灵敏,甚至可以用作引力位探测器。

  研究人员根据3个基准表征了两个镱原子光晶格钟。研究人员报告称,以钟频为单位,系统不确定度为1.4×10-18,测量不稳定度为3.2×10-19,并能通过反复本地频率比对,达到不同钟频差为10-19量级的再现性。如此高的精确度可以确保大地水准面测定的不确定度小于1厘米,超过现有技术。

  相关论文信息:DOI:10.1038/s41586-018-0738-2

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