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2024年05月07日

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稀土元素带来测量时间的新方法,或可重新定义时间

用于确定世界时间的时钟是世界上最精密的时钟,它非常准确,每3亿年只有约一秒钟的误差。但现在,科学家发现,使用稀土元素镥,可以使这些时钟变得更加准确。

人类起初测量时间的时候,将它定义为一天的一部分——用24小时的一天除以86,400(一天分为24小时,一小时分为60分钟,一分钟分为60秒)。但是这不够准确,因为地球的旋转并不准确,经常会有微小的误差。

为了消除这些微小的误差,科学家们的研究对象从宇宙恒星缩小到原子级。 1967年,国际度量衡委员会的科学家开始着手定义“秒”由什么组成。根据太空网(Space.com)的报告,铯原子吸收足够的能量后,可以达到兴奋状态或从一种能量状态跳到下一级能量状态。铯原子吸收能力所需要的时间就是一秒钟。这是精确测量了9,192,631,770次微波辐射周期后得到的结果,共花费了三年的时间。

这种类型的测量方法现在仍被使用——铯钟在记录全球时间方面发挥着重要作用。这就是GPS为何如此精确的原因。然而,在过去的十年左右,科学家已经发明了“光学钟”,它比铯钟更精确。

据报道,光学时钟的精确度高出铯钟100倍。它利用了铝或镱在可见光谱内受到较高频率的辐射会达到兴奋状态的特点。可见光速度也比微波快很多,因此有更多的数据用于激发原子,这使得时间的测量更加精确。

然而,虽然光学时钟更精确,但它们不太稳定,在变化的环境中不能保持相同的准确度水平。

这就是镥——化学元素,原子序数71,稀有银白色金属——隆重登场的原因。人们发现,在大气温度和压力变化的情况下,它比光学原子钟中首次使用的铝或镱更加稳定。

镥还弥补了“微动位移”,即微波和可见光的波形变化引起带电的铝或镱原子轻微摆动,导致的微小位置变化。

这项研究首次发表在自然通讯科学杂志(Nature Communications)上。



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