新型原子鐘創(chuàng)下最高精度紀(jì)錄 有望推動“秒”重新定義并促進量子技術(shù)發(fā)展

研究人員展示新型鋁離子阱裝置。　圖片來源：NIST

科技日報北京7月15日電 （記者劉霞）美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院（NIST）研究團隊14日在《物理評論快報》雜志上發(fā)表一項重要成果：他們通過將鋁離子捕獲于離子阱中改進了原子鐘，使其精度創(chuàng)下小數(shù)點后19位的驚人紀(jì)錄。這項突破有望推動國際單位制中“秒”的重新定義，并促進量子技術(shù)的發(fā)展。

這款新型原子鐘在光學(xué)時鐘的兩大核心指標(biāo)上均實現(xiàn)突破：其準(zhǔn)確度較此前紀(jì)錄提升41%；穩(wěn)定性更是達到其他原子鐘的2.6倍。研究團隊表示，打造史上最精準(zhǔn)的時鐘不僅有望拓展物理學(xué)邊界，更能讓科學(xué)家以全新視角認(rèn)識世界。

鋁離子因其得天獨厚的特性成為理想選擇：其振蕩頻率比現(xiàn)行“秒”定義基準(zhǔn)的銫原子更為穩(wěn)定，且對環(huán)境干擾具有極強抗性。

研究團隊歷時20載持續(xù)優(yōu)化，從激光系統(tǒng)到離子阱結(jié)構(gòu)，乃至真空腔體都經(jīng)過精密改造。

團隊創(chuàng)新鍍金工藝，通過加厚離子阱金涂層降低電阻，有效抑制鋁離子擾動；接著，他們改良真空系統(tǒng)，采用鈦合金腔體替代傳統(tǒng)鋼材，使氫氣滲透量驟降至1/150；最后，通過3.6公里光纖網(wǎng)絡(luò)整合NIST和科羅拉多大學(xué)博爾德分校聯(lián)合研究機構(gòu)JILA實驗室的“世界最穩(wěn)激光源”，更精準(zhǔn)探測鋁離子并計算其振蕩頻率。

在這些改進的加持下，整個系統(tǒng)單次探測時長從0.15秒延長至1秒。這不僅提高了時鐘的穩(wěn)定性，也將測量到小數(shù)點后19位所需時間從3周減少到一天半。

團隊表示，這項突破性進展有望帶來深遠影響。更精確的原子鐘有助國際社會更精確定義秒，從而催生新的技術(shù)進步。新系統(tǒng)也能用作量子邏輯測試平臺，助力科學(xué)家探索量子物理學(xué)領(lǐng)域的新概念。此外，新時鐘不僅可用于探索地球重力場的細(xì)微變化，也可能發(fā)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)模型之外的新物理現(xiàn)象。