英国《自然·通讯》杂志24日发表的一项物理学研究,中国科学家报告了超高精度、能在空间环境下稳定运行的冷原子钟,其将目前人类在太空的时间计量精度提高1至2个数量级。该成果将推动计量学发展,并对测试基本物理学原理有着重要意义。

由中国科学院牵头负责的载人航天工程空间应用系统,在天宫二号上开展了14项空间科学与应用任务,其中包括国际上首台在轨运行并开展科学实验的空间冷原子钟。

原子钟根据两个原子能级之间的能量差计时。冷原子的能量差可通过激光探测进行精确测量,而且在实验室条件下,冷原子钟可不受外部扰动,保持稳定。然而,要使这种时钟在太空长期运行仍具极大的挑战性,因为来自地球辐射带的磁场扰动和高能粒会影响它的稳定性。

此次,中科院光学精密机械研究所研究员刘亮及其同事,报告了冷原子钟稳定在轨运行的证据。他们在微重力环境下囚禁并冷却铷原子,使用微波和激光脉冲探测它们。团队在微波与原子相互作用后检测原子在能级上的布居数,发现在轨时钟的稳定性为十万亿之三。

报告称,高性能冷原子钟完成全部在轨测试任务,成功验证了在微重力环境下的特性与机制,实现了天稳定度7.2乘以10的负16次方的超高精度。而目前应用的都是热原子钟,最高天稳定度在10的负15次方量级。

冷原子钟将可用于开发空间计量传感器,应用于导航定位系统则会提升系统自主运行能力及定位精度;同时,它还可以测试物理学中基本常数的变化、广义相对论和爱因斯坦等效原理。（科技日报 记者张梦然）