“总是寻找时间,总是想着离时间越来越近,希望时间会越来越准确。这就是“衡量人”的追求。中国计量科学研究院院长在接受新华社采访时说。5月20日是第20个“世界计量日”。今年“世界计量日”的主题是“国际单位制——根本性的飞跃”。时间是国际单位制中的七个基本物理量之一,是目前所有物理量中最精确、应用最广泛的物理量。我们如何获得高精度的时间?在采访中,世界上最精确的原子钟之一,“铯原子喷泉钟”及其工作原理被生动地推广。

铯原子喷泉钟是一种精密计时器,也是原子钟之一。铯原子喷泉钟的工作原理是通过磁光阱和其他方法捕获和冷却铯原子,形成温度只有几个微开口的冷原子云。原子被与时钟的跃迁频率一致的微波激发。跃迁几率由激光探测,几率的变化反馈到微波频率,微波频率锁定在以秒为单位的时钟频率。由于激光冷却,原子速度比传统设备降低了两个数量级,从而提高了铯原子钟的精度。

中国计量科学研究院研制的NIM5铯喷泉时间频率基准

在日常生活中,当时间精确到秒时,人们已经觉得时间很短了。然而,在许多领域,需要使用更精确的时间,例如交通、金融、移动通信、计算机网络、卫星导航等。大量设备和设施的安全运行需要用更高精度的时间频率来衡量。中国计量科学研究院研制的NIM5铯原子喷泉钟现已达到3000万年的测量精度,不低于1秒方向骄傲地介绍说,NIM5铯原子喷泉钟是用来定义第二长度的参考原子钟,是继铯原子喷泉钟4后的第五个原子钟。2014年,NIM5铯原子喷泉钟被国际计量局(BIPM)认可为基准钟之一,并参与控制国际原子时(TAI)。“这表明,在制定国际标准时间的过程中,中国不仅有发言权,还有投票权。”

虽然在普通人眼里,3000万年没有一秒钟的差别已经是非常高的精度,但对研究人员来说仍然是不够的。“在NIM5铯喷泉钟之后,我们一直在忙于规划NIM6铯喷泉钟的开发,未来还会有更多的迭代进化。”方向透露,NIM6铯原子喷泉钟目前正在评估和认证过程中,并有望在今年投入使用。与NIM5铯原子喷泉钟相比,6号是创新的一个飞跃,有望达到1亿年,1秒或更精确。

“从第四个钟、第五个钟到第六个钟,从600万年到1亿年,每一次进步看起来都微不足道,而且非常短暂,但这一微小的变化就是这一技术在一个时代的变化和进步。”方向遗憾,这一代人的进化也很好地解释了“测量人”的追求,希望时间会越来越准确,越来越接近时间。