“秒”要被重新定义了，潘建伟团队这项“国际首次”研究功不可没

家人，你以为的“一秒”可能不是你以为的那样。

这是因为中科大潘建伟团队完成了一项“国际首创”的研究:

实现100公里自由空间的时频传输。

这项研究已经发表在《自然》杂志上。

根据实验结果，该研究有效验证了星地链路高精度光频标比对的可行性，为建立广域光频标网迈出了重要一步。

对此，中科大张强教授表示:

未来如果能在卫星上对比洲际时间，就能实现“秒”的新定义。

为什么要重新定义“秒”？

我们现在经常提到的时间概念“秒”，是从1976年开始由铯-33原子钟定义的。

原子钟最初是由英国物理学家路易斯·埃塞布创造的。它的工作原理是计算原子中电子自旋的翻转频率。

1976年，科学家通过微波频率下铯-133原子的跳动重新定义了这一基本时间单位:

1秒=铯原子9192631770次电子自旋翻转的持续时间。

虽然这种方法足够精确，但似乎科学家们并不满意。

到目前为止，自然场中时间的测量精度已经步入了10-19的量级。

这种数量级通俗点说，就是100亿年期间误差不会超过1秒。

而时间是七个基本物理量中最精确的度量。

但是，光有最精确的授时是不够的，因为它还需要“匹配”一种与其精度相匹配的时间传递技术。

两者的重要性可以说是画了一个等号。

然而，近地面自由空间环境复杂，大气中的各种扰动、湍流、链路损耗、环境变化等因素给自由空间远距离时频传输带来很大困难。

此前自由空间的光频传输技术只能实现10公里的传输。

而潘建伟团队要攻克的正是这个难题:

在光源方面，开发了高功率、高稳定性的光传输。

在光信号收发信道方面，研制了高稳定、高效率的光收发望远镜系统。

此外，采用线性光学采样干涉法实现高精度时间测量。

最终，潘建伟团队在相距113公里的新疆南山天文台和高崖子天文台之间实现了万秒10-19量级稳定度的时频传输。

按照张强的说法:

我们通过这台望远镜向100公里外的另一台望远镜发送这个非常精确的时间信号。

在那边，然后我的信号被那边的同一个望远镜接收到了。收到后，他们进行了一些更精确的时间检测。

同时，那边也会发出同样精确的光源信号，这边也会做同样精确的检测，然后两边的信号会对齐校正。

据了解，这个实验是在这样一个自由空间时频传输过程中进行的:

每万秒时间传输的稳定性达到飞秒量级，每万秒频率传输的稳定性优于4E-19，系统相对偏差为6.3e-20±3.4e-19，系统最大可容忍链路损耗高达89dB，远高于中高轨道卫星链路损耗的典型期望值。

而国际计量组织计划在2026年讨论改变“秒”的定义，也正是因为这项研究的成果，张强认为:

如果可以实现洲际比较，那么我们就可以实现“第二”的新定义。

与日常生活相关

那么接下来的问题就是，这个研究结果会产生什么影响？

《自然》杂志评论员的评价引用如下:

这项工作是星地自由空间远距离光时频传输领域的重大突破，将对暗物质探测、基础物理常数检验、相对论检验等基础物理研究产生重要影响。

但除此之外，其实这项研究与人们的日常生活息息相关。

例如，卫星的导航精度与定时精度密切相关，因此，如果要使定位更加精确，就需要更好的定时精度。

准确的时间在大地测量、地质勘探、雷达探测等与民生相关的领域也将发挥重要作用。

那么你期待未来新的“秒”的定义吗？

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