世界上最精确的原子钟每300亿年误差仅1秒

科学家们研制出了迄今为止最精确、最准确的原子钟--如果你将它运行两倍于当前宇宙年龄的时间，它也只会偏差一秒。这不仅能改善全球定位系统等服务，还能帮助科学家探索重力如何扭曲亚毫米距离的时间流。

你的米老鼠电子表在日常使用中可以很好地显示时间--在开会或午餐时，这里或那里偏差一秒并不重要。但对于像太空发射这样的复杂事件来说，几分之一秒的误差可能意味着控制室里香槟酒瓶塞爆开与人类所能制造的最昂贵爆炸之间的差别。

原子钟是实现这些惊人壮举的极其精确的仪器。它们的工作原理是计算某些原子极其可预测的振动--例如，铯-133 每秒精确"滴答"9,192,631,770 次，自 20 世纪 60 年代以来，这一直被用来正式定义一秒的长度。它们的精确度在 3 亿年一秒之内。

现在，JILA 的科学家们已经开发出了一种更加精确的原子钟。它基于该团队多年来的一些研发成果。首先，它不使用铯原子，而是使用锶原子，锶原子每秒滴答作响429万亿次。这种原子钟不使用微波来测量这些滴答声，而是使用频率高得多的可见光波。

数以万计的锶原子被困在一种激光网（或称"光学晶格"）中，当它们跳起可预测的舞蹈时，激光网将它们固定在原地。将如此多的锶原子困在一个地方有助于提高精确度，这些锶原子在数十亿年内只会下降一秒。 激光将一团锶原子困在世界上最精确的原子钟的"光学晶格"中 激光将一团锶原子困在世界上最精确的原子钟的"光学晶格"中K.Palubicki/NIST

JILA 团队的新原子钟使用了更浅、更柔和的光阱，将精度提高到了破纪录的水平。这就避免了光学晶格原子钟经常出现的两个误差源--激光光源的影响和原子相互碰撞。

这种新设计的精确度显然可以达到万亿分之 8.1（10 后面有 19 个零）。换句话说，如果时钟运行 300 亿年，误差仅为一秒，这相当于目前宇宙年龄的两倍多。我们想说的是，这真是太精确了。

这种惊人的精确度可以用来比以往任何时候都更好地测量时间，从而改进全球定位系统和通信等技术。但它也可以帮助探测物理学本身--毕竟重力可以改变时间流逝的速度，而这个仪器可以测量一根头发粗细的距离上的这种差异。

这项研究的作者叶俊说："这个时钟非常精确，它甚至可以在微观尺度上探测到广义相对论等理论所预测的微小效应。它突破了计时的极限。"

这项研究已被接受在《物理评论快报》（Physical Review Letters）杂志上发表，目前在 ArXiv 上以预印本的形式提供。

编译自/ScitechDaily