我科学家实现时间精密测量新突破

来源：光明日报

日前从中国科学技术大学获悉，该校潘建伟、戴汉宁、陈宇翱、彭承志等在光钟研制方面取得里程碑式进展，成功将锶原子光晶格钟的稳定度和不确定度指标全面突破10^[-19]量级，相当于300亿年误差不超过1秒，标志着我国在时间精密测量领域的研究水平已跻身国际最前列。

光钟作为当今最精密的时间频率标准，其核心在于利用原子内部能级跃迁产生的频率信号来定义时间。光钟能提供极高的计时精度，将直接支撑国际单位制中“秒”的重新定义，使全球时间标准迈入光学时代，精度较现有微波时间标准提升4个数量级。

光钟的性能主要由稳定度与不确定度两大核心指标（均为数值越小则性能越优）衡量。当光钟的稳定度与不确定度均突破10^[-19]量级时，将开启一系列重要的前沿应用。例如，实现毫米级重力位与高度精密测量，可用于监测地壳形变、地下水位变化、火山活动预警及高精度大地水准面更新，支持灾害防控与资源勘探；提供暗物质探测的新方法，可捕捉暗物质引起的瞬态低频信号，有望超越传统粒子实验平台。值得一提的是，当以上两大核心指标均突破10^[-19]量级时，这样的精度水平已显著超过国际计量界对“秒”重新定义的门槛要求，达到这一性能可直接为我国在未来“秒”的重新定义中贡献关键技术。

团队设计并构建了一套精密的双钟比对系统，该系统包含两个完全独立的锶原子光晶格钟：一个是经过细致优化的高性能参考钟，另一个是集成了两套紧凑型原子系统的零死时间钟。零死时间钟通过高精度时序同步与交替拉姆齐光谱探测，使得合成后的灵敏度函数在整个周期内几乎恒为1，从而实现了对本地振荡器频率的连续检测，突破了传统瓶颈。通过两台独立锶光钟的直接拍频比对，验证了2万秒积分时间内的长期稳定度优于2.9×10^[-19]。

在不确定度方面，团队针对制约锶光钟精度的核心系统效应展开了攻关，通过一系列优化，使锶原子光晶格钟综合系统不确定度达到9.2×10^[-19]，相当于300亿年误差不超过1秒，成为满足国际单位制秒重新定义要求的高精度光钟之一。

相关成果不仅使得我国在光钟研制方面跻身国际顶尖梯队，也为发展可搬运光钟和星载光钟提供了可行的技术路径，为光钟技术在检验基本物理学定律、支撑下一代卫星导航系统、构建全球统一超高精度时间基准等领域的深度应用奠定了坚实可靠的基础。