文档介绍：项目名称:
原子频标物理与技术基础
首席科学家:
高克林中国科学院武汉物理与数学研究所
起止年限:
依托部门:
中国科学院
一、研究内容
决定原子频标的准确度和稳定度的因素主要是有谱线的宽度和稳定性、伺服系统的信噪比和外界环境的影响。而影响原子谱线精确度的根源,在于环境对原子能级的干扰以及与原子分子运动有关的各种效应,而稳定度取决于这些因素随时间的变化关系。与环境隔离(离子阱)或将原子冷却(冷原子)就是主要的手段。而随着频率稳定度提高,在更高阶水平上一些更细微和新的影响因素将显露出来,如多体碰撞效应、Dick 效应、量子噪声、相对论效应等。
目前在此领域主要探索的问题是:寻找具备超窄谱线的新原子体系,激光冷却与操控原子新的物理机制与方法,各种影响新一代原子频标准确度的物理起源,极端条件下不同物理起源的噪声理论,冷原子碰撞的物理研究及其对频标的影响,用于原子跃迁谱线探测的超窄线宽激光的激光物理等。
本项目拟解决的关键科学问题是:
有效的冷原子(离子)的制备和控制方法;碱土金属原子和奇同位素离子的光频标机理;超冷原子实现频标的探索;新颖的冷原子相干布居囚禁频标的实现;影响原子喷泉频标准确度和稳定度的高阶小量的物理因素和克服途径;新原理和新方法用于提高实用原子频标精确度的可能性;微重力环境下的空间冷原子频标特性。
本项目的重要研究内容为:
(1) 新型原子频标的物理基础:针对冷原子和冷离子频标,研究掌握实现原子和离子的有效冷却和提高冷原子密度的方法,研究利用光学势阱囚禁原子的方法,冷碱土金属原子双光子跃迁和奇同位素离子的超精细结构研究,探索减少线宽和提高信噪比的物理途径,以及减小频移方案,准确度评定中频率不确定度的精确表述和测量。由此,探索利用碱土金属原子和奇同位素离子以及超冷原子形成高精度新颖频标工作物质的可能性。
(2)实用原子频标的新方法与新技术:分析影响原子喷泉频标准确度和稳定度的高阶小量的物理因素和克服途径;研究连续原子喷泉,进一步提高铯喷泉的稳定性。研究铷泡原子频标的信噪比问题,探讨避免壁碰撞频移和微波功率频移以提高长期与短期稳定度的新方法;采用场移式微波谐振腔结构,开展空间传输以及微重力条件下的微波和冷原子相互作用的实验研究。
(3) 原子频标新原理和新方案探索:研究量子纠缠、量子相干、量子信息存取等在频标中的应用原理与方案,探索利用这些原理和方法克服各种频移、压窄线宽的途径。探讨原子的精密计算方法以及新原子频标的体系和方案。
二、预期目标
总体目标:研究原子频标相关的基础物理问题和关键技术;在新原理原子频标的方案研究和技术实现方面有所创新和突破;改进国家独立的时频标准系统的性能。与国家、部门和地方支持的其他相关项目相互配合,为我国建立处于世界前列的原子频标打好理论和技术基础,并以此推动我国精密谱测量研究。力争在不远的将来在我国研制出世界上最精密、最准确的原子频标。
五年预期目标: 原子频标的发展面临许多的挑战和机会,需要不懈的努力和探索,以及雄厚的技术积累和储备。本项目将选择冷原子和新原理频标作为主攻方向,掌握原子频标的若干关键技术,取得研究上的重要突破和进展。同时,培养一支研究骨干队伍,形成若干国内研究基地,为发展我国的原子频标的长期目标打下扎实的基础。
具体目标是: