旨在重新定义时间测量精度的新型近绝对零度原子钟

多伦多大学的科学家们制造出一种接近绝对零度的原子钟，有望在精密计时领域实现重大飞跃。

多伦多的科学家们公布了一项"冷冻"突破 —— 一种激光调控的原子钟被冷却至仅比绝对零度高五度，有望实现当今所用任何技术都无法比拟的计时精度飞跃。

多伦多大学的物理学家们开发出了世界上首台低温单离子光钟，这种下一代仪器可能比当前用于定义秒长的时钟精确100倍。

这一进展标志着在取代支撑全球计时工作数十年的传统铯钟方面迈出了重要一步。

这一新设备可以改进物理学、导航、电信以及无数精密测量所依赖的基础。

"时间和频率的精确测量是我们整个物理单位体系的基础，"阿马尔·武塔教授说，"因此，提高计时设备的精度，能为所有物理测量奠定更坚实的基础。"

消除噪声

武塔是物理系的实验物理学家，他与博士研究员塔卡希罗·托夫基于他们实验室先前的工作，创建了一种利用单个囚禁的锶原子来稳定光学激光器的装置。

所有的钟，从摆钟、石英表到原子钟，都依赖于一个稳定的重复事件。"在每一个好的时钟里，周期性事件必须是稳定的，"武塔说，"不能让它偶尔走得快，然后又走得慢。"

在原子钟里，"滴答"声来自激光的电磁振荡。"激光的稳定周期性是由一个原子来保证的；原子的量子振动就像一个音叉，使激光保持'调谐'状态，"他解释道。

早期的原子钟使用微波，后来使用可见光激光器，每一次跃迁都将频率稳定性提高了数个数量级。

当今最先进的光钟精度可达小数点后18位，这大致相当于测量地月距离精确到百万分之一毫米。

冷却"音叉"

然而，即便是这些非凡的装置也面临着一个共同的局限：热量。用于调节光钟的原子会受到周围组件（包括囚禁它们的金属真空室）发出的红外辐射的干扰。

"当前光学原子钟中的调节原子仍然受到附近物体发出的红外光 —— 也就是热量的干扰，"武塔说。"这限制了它们的精度，因为如果音叉本身失准，那么你就不再拥有一个稳定的时钟了。"

多伦多研究团队的突破在于将被囚禁的锶原子冷却到低于5开尔文，从而显著减少了热辐射，并消除了频率漂移的一个核心来源。

这种低温环境使得原子能够以高得多的稳定性维持其"音叉"的作用。

时间的更深层意义

超高精度计时具有连锁性的科学影响。基本的电学标准，如安培和伏特，都依赖于极其精确的时间和频率测量。

"电流标准 —— 安培的定义 —— 需要测量在精确校准的时间间隔内……流动的电子数量，"武塔指出。

但超精确时钟最深刻的应用可能在于检验自然界最深层的基本假设。

"新一代光钟最成功的应用是检验自然界的基本常数……本身是否是恒定不变的，"武塔说。
这包括光速和普朗克常数。"除了使用原子钟，根本没有其他方法可以进行这类实验。"

如果朋友们喜欢，敬请关注“知新了了”！