分布在四个欧洲国家的七台光学原子钟完成了迄今最精确的国际计时比对之一，为未来重新定义秒提供了更有力的科学依据。Nature于9月4日重点介绍这一成果，经过同行评议的研究论文则于9月1日在Physical Review Research发表。这一最新报道使该项跨国实验进入国际计量学界更广泛的视野。
这项持续两个月的比对活动连接了意大利、法国、英国和德国国家计量机构独立运行的光钟。研究人员通过横跨数千公里的稳定光纤网络传输并比较各台设备的频率，从而避开卫星远距离传输可能引入的很大一部分不确定性。各实验室无需搬动高度敏感的设备，就能直接核查彼此的测量结果。
研究报告称，测得光学频率比的不确定度介于7.7乘以10的负18次方和6.1乘以10的负17次方之间。最受关注的测试涉及英国国家物理实验室和德国联邦物理技术研究院各自研制的单镱离子光钟。两台设备的读数在本次活动最严格的不确定度范围内一致，显示不同机构的设计能够达到极高的可重复性。
论文作者和意大利国家计量研究院指出，这是国际上首次在优于10的17次方分之一的水平验证两台独立研制光钟的一致性。意大利的镱光晶格钟也与以往国际测量结果相符，法国运行的一台汞钟则在与其他类型光钟比较时获得了不确定度更低的多组频率比。不同原子体系之间的相互核验是建立可靠全球标准的重要环节。
光钟测量原子或离子内部能级跃迁对应的高速振荡，其性能可以超过当前定义秒所依赖的微波铯原子钟。不过，在某种光学跃迁成为新的全球基准以前，各国实验室必须证明彼此分离、独立建造的设备能给出一致结果，并妥善校正系统效应、光纤传输影响以及因高度和重力不同产生的引力红移。此次比对正是对这些关键条件的现实检验。
研究人员表示，这些测量将为国际社会研究未来重新定义国际单位制中的秒提供证据。可靠的光纤光钟网络还可用于检验基础物理和广义相对论，并能通过探测与高度相关的微小重力变化来改进大地测量。随着网络继续扩展，实验室可以在不运输光钟的情况下比较下一代频率标准，进一步确认新定义能够由不同国家稳定复现。
评论