PRL: 為了星辰大海,攪動光鍾-十分彩官方平台

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PRL: 為了星辰大海,攪動光鍾

作者:點擊次數:更新時間:2022年02月18日


繪圖/孫光磊


2022120日,美國國防高級研究計劃局(DARPA)發布ROCkN項目,計劃將GPS衛星上的原子鍾全部替換成光鍾,從而使測量精度得到百倍的提升。

2022210日,新華社對中國科學院國家授時中心進行全麵報道,計劃將光鍾送入空間站,建立太空時間測量係統。


光鍾,是通過激光冷卻技術,將大量超冷原子裝載在由多束激光組成的雞蛋盒”中。因為每個原子內部的兩個特定能級都可以用來“校對”激光的頻率,從而可以提供極其準確的頻率信號。目前世界上最強的時間頻率測量平台,便是鍶原子光晶格鍾平台,其測量精度可以達到驚人的10-21,即在宇宙年齡內不到萬分之一秒的誤差,其可以觀測到一微米內引力造成的時空彎曲效應。根據量子力學,當原子溫度接近絕對零度的時候,其量子不確定性將增強,從而導致測量精度下降。因此,通常會采用重力來壓製原子的量子隧穿效應。然而,當光晶格鍾被送上太空之時,引力將變得非常微弱,從而很難找到方法抑製量子隧穿。這是擺在各國科學家麵前的重要難題,也阻礙著我們駛向外太空。


最近,十分彩官方平台汪濤博士和張學鋒教授帶領的理論團隊,與中國科學院國家授時中心常宏研究員帶領的實驗團隊緊密合作,利用弗洛凱設計技術成功地在淺光晶格中實現了赫茲級窄譜。通過周期性改變激光頻率,整個光晶格被晃動起來。反直覺的是,原子在動力學局域化機製的影響下,反而更加穩定,量子隧穿效應被有效壓製,從而在實驗上觀測到千赫茲寬的譜線被壓製到5.4赫茲。由於此係統脫離了重力壓製的依賴,從而天然適合外太空的弱重力環境,向未來星載空間站載光鍾邁出了重要的一步。相關工作以題目《Floquet Engineering Hz-Level Rabi Spectra in Shallow Optical Lattice Clock》發表在最新一期的《物理評論快報》上:Phys. Rev. Lett. 128, 073603 (2022)