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可移动光学时钟用于首次测量引力

发布时间:2018-02-24 08:10

     

  【博科园-科学科普(关心博科园看更多)】来自国度物理尝试室(NPL),Physikalisch-Technische Bundesanstalt(PTB)和Istituto Nizionale di Ricerca Metrologica(INRIM)的时钟专家在欧洲的初次合作利用了一种可挪动的光学原子钟来初次丈量引力。尝试成果颁发在Nature Physics上。到目前为止,这些微妙的时钟仅限于几个次要研究机构的尝试室。然而PTB的研究人员开辟了一种可挪动的锶光晶格时钟,用于在现场进行丈量。运输时钟由振动阻尼和温度不变的拖车驱动至法国Modane地下尝试室(LSM)。多学科尝试室位于法国和意大利之间的弗雷瑞斯公路地道的两头。

  在那里,团队丈量了位于意大利托里诺90公里外的INRIM的第二个时钟与第二个时钟之间的重力电位差,高度差约为1000米。两个时钟的精确比力是通过利用INRIM设置的150公里长的光纤链路和NPL的频次梳将时钟毗连到链路来实现的。莱布尼茨大学汉诺威分校的研究人员还利用保守的大地丈量手艺确定了重力电位差,并证明两个丈量成果是分歧的。跟着可挪动光学时钟精度的提高,这种手艺有可能处理地球概况上小至1厘米的高度差别。利用光学时钟的长处是,他们能够在特定的点进行丈量,而不像基于卫星的丈量,例如GRACE和GOCE,它们在大约100公里的长度范畴内平均重力电位。

  这种新鲜的方式能够导致对地球重力势能进行更高分辩率的丈量,使科学家可以或许以史无前例的精度监测与海平面和海流动力相关的大陆高度变化。这也将导致愈加分歧的国度身高系统。目前,分歧的国度以不异的体例丈量地球概况,可是相对于分歧的参考程度。这导致了一些问题,例如德国和瑞士之间的Hochrhein桥,两边的建筑利用分歧的海平面计较,导致两边之间的差距达到54厘米。实现国度系统的分歧性将防止工程和扶植项目中的价格昂扬的错误。对重力势的改良丈量也可能有助于提高我们对与地球概况质量变化相关的地球动力学效应的理解。

  该手艺还将及时丈量海平面的变化,使研究人员可以或许跟踪冰盖质量的季候和持久趋向以及全体海洋质量的变化。这些数据为用于研究和预测天气变化影响的模子供给了主要的输入。NPL的光学频次尺度和计量学研究员Helen Margolis说:道理验证明验表白,光学时钟能够供给消弭差别并协调跨国界丈量的方式。有一天,这种手艺能够协助监测天气变化导致的海平面变化。PTB的组长Christian Lisdat说:光学时钟被认为是下一代原子钟 - 不只在尝试室中运转,并且还在挪动细密仪器中运转。

  INRIM的Davide Calonico暗示:证了然光学时钟是有价值的量子传感器,其量子手艺在大地丈量学的根本计量之外是无益的。光学时钟和光纤链路一路供给了获得新的和令人入迷的科学研究的可能性。LeibnizUniversittHannover的Heiner Denker说:新开辟的光学时钟有可能完全改变大地丈量的高度测定,由于它们能够降服典范大地丈量手艺的一些局限性。光学时钟能够协助成立一个同一的世界高度参考系统,对地球动力学和天气研究发生严重影响。





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