新加坡团队造出镥原子钟 2600多亿年才慢一秒

IT时代网9月29日消息，新加坡国立大学量子技术中心研制出一台以镥元素为基准的原子钟，把原子跃迁频率测定到小数点后19位，不确定度低至1×10⁻¹⁹。换算成直观的说法，这台钟要走满2600多亿年，累计误差才达到一秒。相关成果已于9月23日发表在《自然》杂志。

原子钟靠锁定原子跃迁来计时，也就是让原子电子在固定频率上切换能级。研究人员调节一束激光去匹配这套“钟跃迁”，激光的振荡就像钟摆摆动，时间由此被计量。这台钟选用的是单个镥-176离子，匹配激光波长848纳米。

精度之所以能拉高，与镥的物理特性直接相关。温度波动和磁场都会让跃迁频率发生偏移，评估时钟精度时必须逐一修正，而镥的钟跃迁对这两者几乎不敏感，时间基准因此能在更宽泛的环境条件下保持稳定。项目负责人、中心首席研究员默里·巴雷特打了个比方：就算从地球上最热的死亡谷搬到寒冷的南极高原，这台镥原子钟依旧能稳定工作。

团队为它配了一套叫“超精细平均”的方法来定义钟跃迁。据巴雷特介绍，目前全球只有这一个科研小组在推进镥原子钟方向的研究。课题组搭建了两台镥原子钟，用关联光谱技术连续比对走时长达200小时，比对不确定度达到5.7×10⁻¹⁹，刷新了时钟互相校验的精度纪录。巴雷特表示，后续增加测量次数还有望进一步压低这个数字。

高精度还带来一个副作用。按照广义相对论，引力会让时间流逝变慢，放置在不同高度的时钟走时速率会有细微差别。达到10⁻¹⁹量级的光原子钟，仅几毫米的高度差就能探测出这种引力时间延迟效应——本次实验中，同处一张实验桌面的两台钟已经能分辨5毫米的高度差异。为排除该效应干扰，研究人员把两个镥离子的相对高度测量精度控制在了1毫米以内。

这也引出一个现实难题：想拿它和全球其他顶尖原子钟对标并不容易，现阶段人类对地球各处引力分布的测量精度还不够，无法把引力影响与时钟本身性能差异分离开。

自上世纪60年代起，铯原子一直是“秒”这个时间单位的定义基准，铯原子钟支撑着GPS定位，也保障着通信网络与交通系统的时间同步。光原子钟采用频率高得多的原子跃迁，同样的时间间隔内能完成更多次振荡，计时因此更加精准。

注：本文综合自IT之家等，文中包含AI辅助创作的内容。

编辑：刘宁