超精密原子钟为新物理发现做好准备——每3000亿年仅损失一秒
物理学家在威斯康星大学麦迪逊分校开发了一种新型的超精密原子钟。这种原子钟的性能非常高，其测量时间差异的精度可达到每3000亿年损失一秒。它是首个“多路复用”光学时钟，能够在相同的环境中同时存在六个独立的时钟。这种设计使得研究团队能够测试寻找引力波的方法，探测暗物质，以及用时钟发现新的物理学。“光学晶格时钟已经是世界上最好的时钟，在这里我们获得了前所未有的性能水平，”研究的资深作者、威斯康星大学麦迪逊分校物理学教授Shimon Kolkowitz说。“我们正在努力提高它们的性能，并开发由这种改进的性能支持的新兴应用程序。”
这种原子钟之所以精确，是因为它们利用了原子的基本特性：当电子改变能级时，它会吸收或发射特定频率的光。光学原子钟通过使用精确匹配该频率的激光器来保持时间，它们需要世界上最先进的一些激光器来保持准确的时间。
在研究中，研究团队创建了一个多路复用时钟，将锶原子分成多个时钟，在同一个真空室中排列成一条线。他们发现，当他们的激光同时照射在室内的两个时钟上并进行比较时，两个时钟之间具有激发电子的原子数量保持不变长达26秒。
这种精确测量时钟之间差异的能力，使得研究团队能够检测到两个时钟之间的滴答率差异，这对应于它们每3000亿年仅相差一秒。这种精确计时的测量，为两个空间分离的时钟创造了世界纪录。
研究团队还进行了其他实验，如测量两个时钟的滴答频率差异，总共大约三个小时。他们发现，由于时钟位于两个略有不同的位置，所以滴答声也略有不同。这使他们能够更好地测量这些差异。
此外，研究团队还比较了每对六个多路复用时钟之间的频率团镇变化。他们发现，当他们返回到循环中的第一个时钟时，差异加起来为零，这证实了他们测量的一致性，并建立了他们可以检测到该网络中微小频率变化的可能性。
这项研究为寻找引力波、探测暗物质以及发现新的物理学提供了强大的工具。同时，这种超精密原子钟也有广泛的应用前景，如在卫星定位、通信、以及科学研究等领域。
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