二、从“原子”到“原子核”:计时精度的世纪跨越
在钍-229核时钟出现之前,各国提升水下导航精度的主要思路,是不断“打磨”计时的心脏——原子钟。惯性导航的累积误差,其本质与时间基准的精度紧密相关。时间测得越准,对运动状态的推算就越准。
传统的原子钟,是通过观测原子核外围电子的振荡频率来计时的。然而,核外电子极为“娇气”,温度波动、电磁干扰、宇宙射线,甚至深海的高压环境,都可能扰动其能级,导致计时出现偏差。即便是当前最先进的铯原子钟,在潜艇复杂恶劣的水下环境中连续工作数月后,其累积的误差也足以让长时间的静默潜航作战计划变得不可靠。
东大科研团队此次突破的钍-229核时钟,则走上了一条截然不同的“捷径”:它不再依赖那些易受外界干扰的核外电子,而是直接去“聆听”原子核内部的跃迁信号。
原子核的体积仅占整个原子的十万分之一,结构极其致密、稳定。外界的温度变化、电磁压制、深海高压,这些对传统原子钟堪称致命的影响因素,对深藏于核心的原子核而言,几乎可以忽略不计。理论上,基于核跃迁的时钟,其精度可以达到现有最先进原子钟的10倍乃至1000倍。它被誉为迄今为止最稳定、最精确,也最适合极端环境的水下计时导航方案。
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