国家标准与技术研究所 NIST的研究人员通过空气和光纤精确地比较了三个光学原子钟的信号，其中两个位于不同的with博尔德实验室，另一个位于1
5公里外的JILA
信用:哈纳切克/NIST 在未来重新定义国际时间单位的重大进展中，由国家标准与技术研究所(NIST)领导的第二个研究小组比较了世界领先的三个原子钟在空中和光纤链路上的记录精度
在3月25日出版的《自然》杂志上，由NIST领导的这项研究首次比较了基于不同原子的三种时钟，并首次通过空中连接了不同位置的最先进的原子钟
这些原子钟的比较使科学界离满足重新定义第二个原子钟的指导方针又近了一步
NIST物理学家大卫·休姆说:“这些比较实际上定义了基于光纤和自由空间测量的技术水平——它们都比迄今为止使用不同原子进行的任何时钟比较都要精确近10倍。”
新的测量具有挑战性，因为这三种类型的原子以截然不同的频率“滴答”运行，因为所有的网络组件都必须以极高的精度运行，并且因为无线链路需要尖端的激光技术和设计
这项研究将位于NIST博尔德不同实验室的铝离子钟和镱晶格钟与位于1
5公里外的JILA，NIST大学和科罗拉多大学的联合研究所
该团队的测量非常精确，1018年的不确定性只有6到8个部分——也就是说，误差从未超过0
0000000000000000000008—适用于光纤和无线链路
NIST的研究人员此前描述了他们如何通过两个时钟(NIST镱和JILA锶钟)之间的空中链路传输时间信号，发现该过程与基于光纤的方法一样有效，比传统的无线传输方案精确1000倍
这项工作展示了最好的原子钟是如何在地球上的远程站点之间同步的，以及时间信号是如何在更长的距离上传输的，甚至是在航天器之间
空中链路的关键是光学频率梳的使用，它能够精确地比较不同的频率
NIST的研究人员开发了双向传输方法，即使在大气湍流和实验室振动的条件下，也能精确地比较空中的光学时钟
基于梳状的信号传输技术以前已经演示过，但最新的工作是第一次比较最先进的原子钟
自1967年以来，第二种被定义为铯原子，它以微波频率运行
在新的比较中使用的原子钟在更高的光学频率下运行，这将时间分成更小的单位，从而提供更高的精度
比较对于国际社会选择一个或多个原子作为下一个时间标准至关重要
发表在《自然》杂志上的新NIST研究结果也创造了其他重要记录
频率是科学中最精确测量的单个量
NIST团队测量了频率比，即三对原子(镱-锶、镱-铝、铝-锶)中原子频率之间的定量关系
结果是对自然常数进行的三次最精确的测量
频率比被认为是常数，用于基础物理理论的一些国际标准和测试中
频率比作为评估光学原子钟的度量标准，具有重要的优势
以赫兹为常用单位的光学时钟频率的直接测量受到当前国际标准铯微波时钟精度的限制
频率比克服了这一限制，因为它们不以任何单位表示
频率比通常是通过使用光纤网络远距离测量的，这种网络很少或很远，或者在某些情况下，微波数据通过卫星链路传输，这往往是不稳定的
第二种重新定义的指南建议演示和验证不确定性接近最佳光学时钟性能的多频率比测量
在新的研究中，所有三种类型的时钟现在都提供了最好的性能，并承诺进一步改进
例如，NIST的镱原子钟代表原子的自然频率(一个被称为系统不确定性的值)，误差可能只有1
1018年的4个部分——大约十亿分之一
NIST的新频率比测量虽然创下了记录，但还不是很好
休姆说，但是研究小组正在努力提高测量稳定性和时钟性能
除了在下一代国际标准中的作用之外，光学原子钟还可以用作新物理的敏感探测器，比如被认为构成宇宙大部分物质的“暗物质”
光学时钟的技术应用包括改进计时和导航系统以及测量地球引力形状(大地测量学)
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