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日前，中國計量院首席研究員李天初院士做了題為「光鍾和頻率基準的相對論不確定度極限」的報告，國家質檢總局計量司相關人員，中國計量院院領導班子成員和科技委全體委員參加了此次報告會，報告會由中國計量院副院長、科委會主任段宇寧研究員主持。
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李天初院士從秒定義的修改談起。近年來光鍾發展迅速，國際時間頻率界一直在醞釀用某種或幾種光鐘的頻率取代基於銫的現行秒定義。
接下來李天初院士總結了光鍾研究的三個主要定位：一是光鐘的應用，例如用於物理定律、物理常數等基礎研究，或是在空間，測地等領域的應用研究；二是原子鐘物理研究，以日本東京大學的H.Katori教授和美國JILA的葉軍教授為代表；三是面向下一代秒定義的基準鍾研究，中國計量院(NIM), 德國技術物理研究所（PTB），英國國家物理實驗所（NPL）等的光鍾研究以此為主要定位。
李天初院士在下邊的討論集中在第三種定位，即面向下一代秒定義的基準鐘的研究。
2015年9月，第20屆國際時間頻率諮詢委員會（CCTF）將討論修改秒定義的時間推遲到2028年，比上次CCTF預定的2019年推遲了9年。
在本屆CCTF會上，CCTF主席，法國計量院院長L.Erard提出了一個修改秒定義的路線圖討論稿，對未來13年修改秒定義的進程規劃了近30項工作。李天初院士認為在這近30項中，真正的「重要挑戰」有兩條：一是從2012年到2028年，光鍾常規地向國際計量局報送數據; 二是2013年到2023年，在多個國家計量院的位置以cm的準確度確定水準面。
首先討論路線圖的第一項「挑戰」。 目前光鍾離路線圖提出的「常規報數」還有相當大的距離。迄今，世界上還沒有一臺光鍾向BIPM報數。
針對第二項「挑戰」，也就是廣義相對論重力頻移，李天初院士提出了頻率基準的不確定度是否存在極限的問題。他認為，作為復現秒定義(definition of the second)的基準鍾，頻率偏移評定一定包含重力紅移。而目前光鍾作為秒的次級表示(second expression of second),(請注意,不是」第二秒定義」，而是」次級表示」)，其評定沒有包含重力紅移。重力紅移的評定基於相對論，涉及測地學等相關學科。特別是對於潮汐頻移，我們院內對相關基本物理概念都還有不同看法，而且很難實施實驗加以支持。通過最基本的理論推算，李天初院士認為，重力頻移加上潮汐頻移對頻率基準不確定度的限制在（2.6～4.0）×10-17量級，優於銫原子噴泉鍾現有不確定度約10倍。因為重力頻移是一項普適物理效應，上述（2.6～4.0）×10-17不確定度極限適用於復現現行和未來秒定義的所有基準鍾。
隨後，李天初院士回顧了國際計量領域的兩段歷史：一個是1999年飛秒光梳技術的發明使得曾經如火如荼的諧波光學頻率鏈成了歷史；另一個是長度單位米的定義，1960年雷射的發明並沒有立即替代基於氪燈的1960年米定義，而是經歷23年研究，最終將真空光速定義為普適常數，將米定義為光速和時間的乘積，從而引出一種全新的基本單位定義新理念。李天初院士表示，借鑑歷史，可能幫助我們更清晰的思考未來秒定義的發展。
回到時間頻率領域，李天初院士強調今天只是提出問題，不是作出結論。從現在到2028年，是中國的機會。現在開始深入討論，而不是將來盲從國外，中國的時間頻率的研究才能邁上新的臺階。
「來源：中國計量院 李健 計量資訊速遞編輯整理」
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