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天宮二號空間冷原子鐘 中科院供圖

空間冷原子鐘太空運行 中科院供圖

天宮二號空間冷原子鐘功能結(jié)構(gòu)與工作原理 中科院供圖

　　中國科學院7月25日消息，世界首臺太空運行的冷原子鐘在隨天宮二號空間實驗室在軌近兩年時間里，運行正常、狀態(tài)良好、性能穩(wěn)定，完成了全部既定在軌測試任務，成功驗證了在空間環(huán)境下高性能冷原子鐘的運行機制與特性，同時實現(xiàn)了天穩(wěn)7.2×10^-16的超高精度，將目前人類在太空的時間計量精度提高1-2個數(shù)量級，為空間超高精度時間頻率基準的重大需求以及未來空間基礎(chǔ)物理前沿研究奠定了堅實的科學與技術(shù)基礎(chǔ)。該成果于2018年7月24日作為亮點文章在線發(fā)表在國際重要學術(shù)期刊《自然·通訊》上。

　　據(jù)介紹，冷原子鐘是把原子某兩個能級之間的躍遷信號作為參考頻率輸出信號的高精度時鐘，同時利用激光使原子溫度降至絕對零度附近，使原子能級躍遷頻率受到更小的外界干擾，從而實現(xiàn)更高精度。在微重力環(huán)境下運行高精度原子鐘則具有更重要意義，不僅可以對基本物理原理開展驗證實驗，也可發(fā)展更高精度的導航定位系統(tǒng)。

　　但在存在地球輻射帶干擾以及復雜的空間環(huán)境下，穩(wěn)定運行一臺精密的空間冷原子鐘具有極大挑戰(zhàn)。天宮二號空間冷原子鐘載荷分系統(tǒng)—中國科學院上海光機所在量子頻標以及冷原子物理等研究積累的基礎(chǔ)上，突破了一系列關(guān)鍵技術(shù)，在空間微重力環(huán)境下利用激光把銣原子溫度降低到接近絕對零度，利用激光和高精度微波場對制備的冷原子進行操縱和探測，提取出銣原子高穩(wěn)定的能級躍遷頻率作為高精度原子鐘信號，在國際上首次實現(xiàn)冷原子鐘的在軌穩(wěn)定運行。

　　據(jù)悉，這種能在空間環(huán)境下可靠運行的高精度原子鐘應用于導航定位系統(tǒng)將會提升系統(tǒng)自主運行能力、提高導航定位精度。在基礎(chǔ)物理研究方面，對推進基本物理常數(shù)測量、廣義相對論驗證等精密測物理的發(fā)展具有重要意義。此外，空間冷原子鐘相關(guān)技術(shù)還將會應用于在空間量子傳感器等多個領(lǐng)域。這一成果受到國際同行高度評價，被稱作“是空間冷原子實驗研究的一個重要的里程碑”。