重新定义秒，锶光钟又进一步

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对于人们的日常生活而言，秒的精确定义将让人们享受更准确的导航服务。每当我们打开地图、“摇一摇”寻找身边的人，精确的秒定义都在发挥着作用。此外，交通、金融、电网、计算机网络、移动通信等领域的安全运行都依靠高精度的时间频率计量。

你有没有想过，1秒是多久？

是时钟的一次嘀嗒声，人们的一次眨眼，还是数到“1”的所用的时间？这一问题看似容易，其实并不简单。为了更精确地定义秒，全世界的科学家已经努力了多年。

近日，中国科学院国家授时中心（以下简称国家授时中心）的锶原子光晶格钟的相关研究取得了重要进展。国家授时中心研制出了锶光钟，并通过守时氢钟溯源至国际原子时，实现了在现行时间单位秒定义下的锶光钟绝对频率测量，相关研究成果发表于《计量学》。

重新定义“1秒”：从天文秒到原子秒

我们可以通过运动来计量时间，有规律的、能够重复的周期现象是人们计量时间的重要工具。

曾经，我们依赖观测天体运动定义秒。科学家们发现，日月轮换、昼夜交替具有规律性，因此便以地球的周期运动来定义秒，从而有了我们熟知的一年大约365日，1日24小时，每小时60分钟，每分钟60秒，总计一天86400秒。

但由于地球公转、自转的运动速度并不均匀，于是，科学家们将目光转到了微观层面，寻找更精确稳定的周期来确定一秒有多长。

“科学家们发现，微观量子世界的一些参数比天体运动更加稳定。1967年，国际单位制以铯-133原子的能级跃迁为基础，重新定义了秒，也即原子秒。”中国计量科学研究院（以下简称中国计量院）研究员林弋戈说。

林弋戈告诉记者，原子的能级跃迁就是指原子从一种能量状态到另一种能量状态。在这一过程中，原子发射出的电磁波频率非常稳定，因此可以采用某些原子的跃迁频率作为时间的计量基准，从而建立原子钟。

终于，1967年，第十三届国际计量大会（CGPM）决定，将秒的定义从天文秒改为原子秒，将铯-133原子无干扰的基态超精细能级跃迁对应辐射的9192631770个周期所持续的时间定为1秒。也就是说，将铯-133原子发出的辐射振动9192631770次所持续的时间定为1秒。

锶光钟数据获得国际认可

国家授时中心研究员常宏告诉记者，根据输出频率的范围不同，原子钟可以分为微波钟与光钟。

以原子的微波波段共振频率作为时间频率基准的原子钟就是微波钟，而以原子的光学波段共振频率作为时间频率基准的原子钟则被称为光钟。

据了解，光钟的工作频段比微波钟的工作频段高4到5个数量级，因此光钟可以达到比微波钟更高的精度。

近日，国家授时中心完成了对其研制的锶原子光钟性能的评估确认，并在现行时间单位秒定义下对锶原子光钟的绝对频率进行了测量。

这一步骤完成后，国家授时中心锶原子光钟的相关数据将作为重要的参考值上报给国际时间频率咨询委员会频率标准工作组，成为锶光钟频率国际推荐值计算所需要的源数据。

“在我们的锶原子光钟研制完成后，需要将其数据纳入现行秒定义框架之下进行频率测量，来确保未来时间单位秒基于光钟重新定义时，量值保持连续。此次发表于《计量学》上的成果，代表着国际上认可了我们的锶光钟的评估和测量数据。”常宏说。

这一成果的第一作者、国家授时中心卢晓同博士告诉记者，完成现行时间单位秒定义下的锶光钟绝对频率测量，主要包括两个方面的技术探索。第一是锶光钟的实现，第二是如何将锶光钟输出的光频信号溯源至现行秒定义。

“研究的过程比较艰辛。”常宏说，“从研制锶光钟，到完成‘评估与认可’，国家授时中心一共花了15年。”