光纤链路助力，欧洲核子研究中心将更准时

欧洲核子研究中心（CERN）与巴黎之间新的光纤链路将为该实验室提供精确的频率基准，提高精度并支持诸如ALPHA（阿尔法）之类的实验探寻物质与反物质的差异。

粒子物理学的标准模型基于这样一种理念：如果你同时将一个物质粒子替换为其反物质版本（改变其电荷的符号），如同透过镜子观看一般翻转其空间坐标（宇称）并逆转时间方向，那么这两个粒子的行为应该没有差异。

由于基本对称性在量子场论中的核心作用，即使发现对这一原理（即电荷 - 宇称 - 时间（CPT）对称性）的微小违背，也将表明我们的理解是不完整的，并且可能指向标准模型之外的新物理。

欧洲核子研究中心反物质工厂的实验以测试像CPT对称性这样的基本原理，通过研究反物质的性质和行为并将其与正常物质进行比较。ALPHA实验通过反氢光谱学进行此类测试——也就是说，通过使用激光或微波测量反原子中的跃迁频率。如果结果与正常氢的结果相匹配，那么该测量就与CPT对称性相符。

这些频率以赫兹（Hz，就是每秒1次）为单位来测量，与原子中的能级间隔以及原子在能级间进行量子跃迁时产生的光谱线相对应。为了精确地比较物质和反物质，必须极其精确地测定这些频率，这就需要超精密的时钟。

这就是为啥最近阿尔法（ALPHA）装置里装了一个铯原子喷泉钟，而且这个实验和位于巴黎的法国国家计量研究院之间新建立的光纤链路现在已经上线了。时钟和光纤链路都能帮着把阿尔法反氢测量的精度提高好几个数量级呢。

阿尔法合作项目的物理学家扬科·瑙塔（Janko Nauta）说：“我们之前测量反氢基态和第一激发态之间的跃迁的时候，我们使用了一个更简单的时钟，这个时钟是由一个石英振荡器做成的，这个石英振荡器是通过全球定位系统（GPS）卫星来做频率参考的，我们在跃迁频率上达到了万亿分之二（2×10-12）的精度。”

“然而，在我们进行反氢测量之前几年对氢进行的等效测量，其精度甚至更高，达到每千万亿份里有四份（4×10-15），这就需要一个更好的时钟来寻找物质和反物质之间潜在的差异。”

“对ALPHA（阿尔法，一个特定的名称）来说，光纤连接（链路）和铯原子喷泉钟（铯喷泉钟）在进行反氢测量时都发挥着重要作用，其测量精度与氢测量精度相当，”诺塔继续说道。

“虽然我们依靠时钟，但链路有助于我们减少测量中的噪声，并从长远来看更好地评估时钟，以验证其保持准确性。此外，该链路将使未来利用光量子钟的信号成为可能，从而超越目前实现国际单位制下的秒的时钟的稳定性。”

该链路是REFIMEVE+网络的一部分，这一项目通过法国互联网网络上现有的光缆，向法国及其他国家的研究实验室分发超稳定光学频率基准。这是一个新项目的试点项目，旨在将欧洲核子研究中心（CERN）的多个实验与REFIMEVE+连接起来。

这有可能提高欧洲核子研究中心（CERN）时钟的精度，并可能为该实验室获取协调世界时（UTC）——全球计时标准提供一种新的途径。该链路的光信号与协调世界时（UTC）同步的精度高于全球定位系统（GPS）卫星，而全球定位系统（GPS）卫星目前在欧洲核子研究中心（CERN）被广泛使用。

欧洲核子研究中心（CERN）IT部门的爱德华多·马尔泰利（Edoardo Martelli）表示：“欧洲核子研究中心（CERN）量子技术倡议设想从其他国家计量机构向欧洲核子研究中心（CERN）传输更精确的频率信号，并将其分发给实验室中所有感兴趣的实验。”“更多信号源能让本地时钟更精确地同步，并提高服务的稳定性。”

阿尔法最近对反氢原子基态和第一激发态之间跃迁的精确测量，比对之前的测量对CPT对称破缺进行了更严格的限制。借助新的光学链路，该合作项目希望对CPT对称进行更严格的测试。

欧洲核子研究中心（CERN）提供