由多个时钟跃迁几何均值定义的 SI 秒实现
原子物理
2026-03-17 v1 量子物理
摘要
当前 SI 秒的定义基于微波频段中133Cs基态超精细跃迁，最精确的实现已达到约(1-2)×10⁻¹⁶的分数频率不确定度。相比之下，最先进的光钟显示出的估计不确定度低两到三个数量级，促使人们讨论是否需要重新定义 SI 秒。已提出多种新定义方案，其中一种引入常数N，其定义为多个时钟跃迁频率的加权几何均值。本文研究了在并非所有定义跃迁都可用且多个光钟运行性能水平和非重叠运行时间不同时，N如何实际实现。我们考虑两种互补的实现与重建路径：一种基于几何均值组合，另一种基于算术均值组合。我们推导了一致的不确定度表达式，纳入了测量不确定度以及在必要时，对推荐频率或频率比值的不确定度。通过解析的三跃迁案例研究，我们识别出哪种路径在何种参数条件下能获得更低的总不确定度，并提供明确的临界条件。我们进一步通过引入基于系数和协方差矩阵的时间分段、时间加权组合，以解决氢晶体管作为飞轮参考器件在实现过程中的主要死时间问题。我们的发现为在多时钟实现中最小化总不确定度提供了实际指导，并为重新定义 SI 秒的持续努力作出了贡献。
引用
@article{arxiv.2603.14858,
title = {Realization of the SI Second Defined by Geometric Mean of Multiple Clock Transitions},
author = {Fang Fang and Chaowei Wang and Yani Zuo and Shaoyang Dai},
journal= {arXiv preprint arXiv:2603.14858},
year = {2026}
}