研究人員開發了一種光學原子鐘的新方法，實現了科學的一個主要目標：重新定義秒。時間的基本單位很快可能會基於超越銫的兩個超精細基態轉變的東西，這是自 1967 年以來的定義。改變它的第一個具體步驟現在已經發生。
本文的其餘部分位於付費牆後面。請登錄或訂閱以訪問完整內容。
在過去的幾年裡，研究人員已經證明，設計出比秒的原始定義所基於的原子鐘精確 1000 倍的時鐘是可能的。這些光學原子鐘壞了，但重新定義的一個重要挑戰是以足夠高的精度比較不同的時鐘。
這個過程很困難，但也很費力。測量頻率比（不同時鐘之間的比較）通常需要很多天的時間。新的多離子設計具有可擴展性，其可擴展性將使比較變得簡短。如果時鐘中有 10 個離子，則測量速度會快 10 倍。
這已經是一個重要的發展，但團隊還可以做得更多。為了證明時鐘足以重新定義秒，要擊敗的目標是頻率比小於 5x10-18或低於十億分之五。該團隊能夠實現這一目標。
“在這裡，我們測量單個離子鐘的頻率比，這是一個已經運行了 10 多年的較舊的時鐘 - 一個‘經典時鐘’。我們將我們的時鐘與該時鐘進行了比較。因此，時鐘一和時鐘二的誤差貢獻進入這個組合誤差預算，因為這實際上是關於測量頻率比，這是[可能]重新定義第二個的基準之一，”塔尼婭·梅爾施陶布勒教授告訴IFLScience。
“基準測試說只有當有幾個人可以測量到低於 5x10-18那麼我們就可以向重新定義邁出一步。這就是為什麼跨越這一基準對我們來說非常重要。從這個意義上說，我們確實打破了真正的世界紀錄，因為迄今為止沒有人在這個級別上比較兩種類型的光學時鐘！ ”
破紀錄的成就非常令人興奮。這是一件值得高興的事情，但這也是一個開始。理論工作表明，這種多離子時鐘能夠進一步減少不確定性。
“我們在 2019 年就展示了這些系統理論上可以做什麼。這是在這種不確定性下時鐘操作的首次實際演示。該系統仍然具有更大的潛力。它可以降至 1x10-19正如我們原則上所表明的那樣，存在系統不確定性。但當然，挑戰實際上在於做到這一點。 ”喬納斯·凱勒博士該研究的第一作者之一告訴 IFLScience。
在可以進行非常精確測量的領域工作是非常有意義的，因為測量越精確，您就會得到越多的驚喜。
塔尼婭·梅爾施陶布勒教授
改進秒的定義顯然是這項工作的主要焦點，但這些時鐘的開發有一些令人難以置信的應用。這些時鐘對微小的重力效應很敏感。同一個時鐘可以判斷它們是否被上下移動了。因此它們可以用來跟踪地球的運動，以及由於冰川消失或永久凍土融化而引起的陸地海拔變化。
這些時鐘可以幫助進一步探索物理學在廣義相對論和量子力學方面的極限。它們處於我們基本宇宙知識的最前沿。但它們並不是科幻小說。它們非常真實。
“在可以進行非常精確測量的領域工作是非常有意義的，因為測量得越精確，你就會得到越多的驚喜。我真的很期待如此精確地測量時間，”Mehlstäubler 教授告訴 IFLScience。
描述該成就的論文發表在期刊上物理評論快報。
