内幕简报
- 新加坡量子技术中心的研究人员报告称，镥离子原子钟每 3000 亿年走时不超过一秒，是迄今为止最精确的光学原子钟。
- 该团队在 200 小时内比较了两个单一镥离子时钟，发现它们的特征匹配得足够好，在 550 亿年中相差约一秒，这是有史以来最精确的时钟比较。
- 该手表对温度和磁场的低灵敏度可以支持重力研究和基础物理学，同时为 2030 年之后可能的第二次探测提供数据。
- 图为量子技术中心的镥原子钟实验室（左起）副教授 Murray Barrett、博士生 Michael Lee 和高级研究科学家 Kyle Arnold（量子技术中心）。
新闻稿 – 花一秒钟，将其变成数万亿个时刻。测量每一个。根据已公布的结果，新加坡量子技术中心 (CQT) 的原子钟正在以破纪录的精度走时。 自然 9 月 23 日。
“我相信我们现在拥有的是世界上最准确的时钟，”团队负责人、CQT 首席研究员、新加坡国立大学物理系副教授 Murray Barrett 说道。
研究人员根据测量结果提出了自己的观点，测量结果表明，他们的由镥元素制成的原子钟的性能优于之前由不同元素制成的原子钟。
更精确的时钟有望探测基础物理学中的未知因素并监测地球上重力的变化 – 他们正在努力重新定义秒。
增加时间限制
原子钟通过参考原子电子之一改变能级时的原子跃迁来计时。这种跃迁的频率是原子的恒定属性。激光对应于这种“时钟的切换”，光振动充当钟摆来测量时间。
基本方法已经存在了几十年。自 20 世纪 60 年代以来，铯原子就设定了全球时间标准，铯原子钟已经支持全球定位系统 (GPS) 并协调通信和运输网络。
但科学家们正在用其他元素提高时间计算的极限。
最新计时器镱、锶和铝等元素的振动速度比铯快得多，有助于它们更准确地计时。负责时间标准的国际机构正在考虑此类新型原子光学钟的数据，以便预计在 2030 年或更晚进行第二次重新定义。
CQT团队十多年前就开始使用镥，镥具有加入高端腕表系列的合适特性。据了解，该团队是唯一使用此元素进行计时的团队。
现在，该团队已将卢特天钟的频率测量为 19，报告不确定性为 1 x 10。-19 这是迄今为止光学原子钟中最低的指标。他们还制作了两个时钟并相互比较了它们的滴答声。时钟对应的不确定性为 5.7 x 10-19这是最准确的小时比较。更多的测量可以进一步减少这种不确定性。
镥的优点
镥的强大活性来自于原子的特性：它的时钟转变几乎感觉不到温度或磁场的变化。在其他元素中，这些环境因素可以微妙地改变时钟转换频率。
“未来，我不知道如何打败这个时钟，”巴雷特副教授说。他的团队花了十年时间对原子钟进行精密工程调整，测试原子的各种特性。这项工作包括发明一种称为“超精细介质”的电路来检测时钟转换。
“良好的特性意味着即使在各种环境下也能实现高精度，”巴雷特副教授说。 “即使从死亡谷记录的地球上最热的地方到南极高原最冷的地方，镥钟也会保持稳定。”
两个人比一个人好
通过使用相关光谱技术进行超过 200 小时的测量来比较他们的手表，团队的信心得到了增强。
每块 lutium 手表都包含一个充电器 176Lu+离子具有时钟跃迁，对应于波长为848纳米的激光。
新加坡国立大学 CQT 高级研究科学家、该论文的第一作者凯尔·阿诺德 (Kyle Arnold) 博士表示：“有一句有趣的说法是，‘戴手表的人知道现在几点，而戴两块手表的人永远不确定。” “它基本上告诉你，测试标准准确性的唯一方法是比较手表并显示可重复性。”
理想情况下，该团队还将他们的镥钟与世界上其他最好的原子钟进行比较，但有一个问题。原子光学钟10点-19 表面是如此精确，以至于在毫米的高度差上，他们都能感受到重力作用下时间的减慢。对CQT组进行对比测量，可以解决同桌手表之间5毫米的高度差。为了不限制他们的测量，他们独立测量了毫米级以下的Lu+离子高度差。地球上不同地方之间的重力差异尚不清楚，无法比较这个级别的时钟。
为了实现新的基准并探索未来的应用，手表必须离开实验室。该论文的第一作者、新加坡国立大学小组的博士生 Michael Lee 先生表示：“下一步是制作一个实验室规模的时钟，并将其缩小为可移动的系统。”研究人员希望他们能够在不影响准确性的情况下缩小时钟。
