新型原子钟创下最高精度纪录

研究人员展示新型铝离子阱装置。图片来源：NIST

美国国家标准与技术研究院（NIST）研究团队14日在《物理评论快报》杂志上发表一项重要成果：他们通过将铝离子捕获于离子阱中改进了原子钟，使其精度创下小数点后19位的惊人纪录。这项突破有望推动国际单位制中“秒”的重新定义，并促进量子技术的发展。

这款新型原子钟在光学时钟的两大核心指标上均实现突破：其准确度较此前纪录提升41%；稳定性更是达到其他原子钟的2.6倍。研究团队表示，打造史上最精准的时钟不仅有望拓展物理学边界，更能让科学家以全新视角认识世界。

铝离子因其得天独厚的特性成为理想选择：其振荡频率比现行“秒”定义基准的铯原子更为稳定，且对环境干扰具有极强抗性。

研究团队历时20载持续优化，从激光系统到离子阱结构，乃至真空腔体都经过精密改造。

团队创新镀金工艺，通过加厚离子阱金涂层降低电阻，有效抑制铝离子扰动；接着，他们改良真空系统，采用钛合金腔体替代传统钢材，使氢气渗透量骤降至1/150；最后，通过3.6公里光纤网络整合NIST和科罗拉多大学博尔德分校联合研究机构JILA实验室的“世界最稳激光源”，更精准探测铝离子并计算其振荡频率。

在这些改进的加持下，整个系统单次探测时长从0.15秒延长至1秒。这不仅提高了时钟的稳定性，也将测量到小数点后19位所需时间从3周减少到一天半。

团队表示，这项突破性进展有望带来深远影响。更精确的原子钟有助国际社会更精确定义秒，从而催生新的技术进步。新系统也能用作量子逻辑测试平台，助力科学家探索量子物理学领域的新概念。此外，新时钟不仅可用于探索地球重力场的细微变化，也可能发现标准模型之外的新物理现象。