科學家們研發了迄今為止最精確、最準確的原子鐘–如果你將它運行兩倍於當前宇宙年齡的時間，它也只會偏差一秒。這不僅能改善全球定位系統等服務，也能幫助科學家探索重力如何扭曲亞毫米距離的時間流。

你的米老鼠電子表在日常使用中可以很好地顯示時間–在開會或午餐時，這裡或那裡偏差一秒鐘並不重要。但對於像太空發射這樣的複雜事件來說，幾分之一秒的誤差可能意味著控制室裡香檳酒瓶塞爆開與人類所能製造的最昂貴爆炸之間的差別。

原子鐘是實現這些驚人壯舉的極其精確的儀器。它們的工作原理是計算某些原子極其可預測的振動–例如，銫-133 每秒精確”滴答”9,192,631,770 次，自20 世紀60 年代以來，這一直被用來正式定義一秒的長度。它們的精確度在3 億年一秒之內。

現在，JILA 的科學家已經開發了一種更精確的原子鐘。它基於該團隊多年來的一些研發成果。首先，它不使用銫原子，而是使用鍶原子，鍶原子每秒滴答作響429兆次。這種原子鐘不使用微波來測量這些滴答聲，而是使用頻率高得多的可見光波。

數以萬計的鍶原子被困在一種雷射網（或稱為”光學晶格”）中，當它們跳起可預測的舞蹈時，雷射網將它們固定在原地。將如此多的鍶原子困在一個地方有助於提高精確度，這些鍶原子在數十億年內只會下降一秒。 雷射將一團鍶原子困在世界上最精確的原子鐘的”光學晶格”中激光將一團鍶原子困在世界上最精確的原子鐘的”光學晶格”中K.Palubicki/NIST

JILA 團隊的新原子鐘使用了更淺、更柔和的光阱，將精度提高到了破紀錄的水平。這就避免了光學晶格原子鐘常出現的兩個誤差來源–雷射光源的影響和原子相互碰撞。

這種新設計的精確度顯然可以達到萬億分之8.1（10 後面有19 個零）。換句話說，如果時鐘運行300 億年，誤差只有一秒，這相當於目前宇宙年齡的兩倍以上。我們想說的是，這真是太精確了。

這種驚人的精確度可以用來比以往任何時候都更好地測量時間，從而改善全球定位系統和通訊等技術。但它也可以幫助探測物理學本身–畢竟重力可以改變時間流逝的速度，而這個儀器可以測量一根頭髮粗細的距離上的這種差異。

這項研究的作者葉俊說：”這個時鐘非常精確，它甚至可以在微觀尺度上探測到廣義相對論等理論所預測的微小效應。它突破了計時的極限。”

這項研究已被接受在《物理評論快報》（Physical Review Letters）雜誌上發表，目前在ArXiv 上以預印本的形式提供。

編譯自/ ScitechDaily