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美國國家標準與技術研究院(NIST)自1999年以來一直使用NIST-F1原子鐘,其準確度為每1億年加/減1秒的誤差。這聽起來已經夠準確了,但NIST認為有些應用可能需要用到更高3倍的準確度 ─ NIST新一代的原子鐘NIST-F2,聲稱在3億年內不會出現任何誤差,堪稱全世界最準確的時鐘。
 
NIST發布這項新的 NIST-F2時間標準歷經十年的研發,其精確度可達到每3億年僅加/減1秒的誤差範圍。雖然NIST並未列出有哪些應用可利用這麼高的精密度,但NIST-F2的首席設計師Steven Jefferts指出,過去幾次發布更精確的新時鐘版本均催生出一些無法預期的新應用,因此他相信這個新版本也是一樣。
 
NIST-F2類似於NIST-F1,都是利用銫原子噴泉來確定1秒的精確度 ─ 將1秒分成每秒9,192,631,770次振動。然而,NIST-F2中有許多創新的特性有助於其實現更高精密度,包括時鐘在極冷環境中來回運轉時可隨之收縮與伸展多達1 cm的元件。此外,並針對利用6雷射器冷卻銫原子的新配置實現最佳化。
 
但NIST-F2可實現更高精密度的最大關鍵在於內含銫原子噴泉的密閉艙溫度較低。原有的NIST-F1標準是在接近室溫的溫度(華氏80度)下執行密閉艙,而NIST-F1的密閉艙則以液態氮冷卻到攝氏零下316度,因而平息其背景的輻射以及省去在F1中必須進行正的許多小變化。
 
NIST已經向位於法國巴黎的國際度量衡局(BIPM)報告NIST-F2的測試結果,證明NIST-F2是目前世界上最精確的時間標準。NIST目前將繼續使用兩個時間標準,每日服務80億部自動請求同步時間的電腦與連網裝置。NIST還為美國每天幾千億美元的金融交易提供時間戮記服務,以及透過無線廣播讓5千萬只手錶與時鐘對時。
 
NIST目前正探索從NIST-F1與NIST-F2採用的微波頻率切換至可見光頻率的途徑,從而可將1秒劃分成更小的振動單位。透過可見光頻率實現的光學原子鐘可望達到每300億年加/減1秒的誤差範圍,提供更精準100倍的時間標準。
 
編譯:Susan Hong (參考原文:NIST Sets New Time Standard,by R. Colin Johnson)

 

 
 
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