通过多时钟跃迁几何平均实现的SI秒定义
国际单位制秒的现行定义基于铯-133原子基态超精细跃迁的微波频率标准,目前最精确的实现已达到(1-2)×10⁻¹⁶的相对频率不确定度。而当今最先进的光学原子钟已将该不确定度降低了2至3个数量级,这引发了关于重新定义国际单位制秒的讨论。研究团队提出了若干新定义方案,其中一项建议引入常数N作为多个钟跃迁频率的加权几何平均值。本工作深入探讨了当部分定义跃迁不可用、且多台光学原子钟性能各异且运行时段不重叠时,如何实际实现N值的测定。该团队提出了两条互补的实现与重构路径:一条基于几何平均组合,另一条基于算术平均组合。研究推导出统一的不确定度表达式,同时纳入测量不确定度及(必要时)推荐频率或频率比的不确定度。通过三跃迁案例的解析研究,该工作明确了两种路径各自具有更低总不确定度的参数区间,并给出了两者交叉转换的显式条件。针对氢脉泽作为飞轮参考源时停机时间的主导影响,研究人员引入基于系数矩阵与协方差矩阵的时段加权组合方法,有效处理了测量区间重叠及相关性问题。这些发现为多原子钟系统实现最小化总不确定度提供了实用指导,并为推动国际单位制秒的重新定义做出了贡献。
量科快讯
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