原子钟基于原子的微小振荡，是人类创造的最精确的计时装置。
每年，科学家都会进行调整以提高这些设备的精度。 现在，他们取得了新的性能记录，使两个原子钟如此精确，以至于他们可以检测到，时空结构中那些微弱的涟漪。
美国国家标准与技术研究所 (NIST) 的物理学家们在用于判断原子钟性能的三个最重要指标上取得了这些记录：系统不确定性、稳定性和可重复性。
“[它]可以被认为是这些时钟性能的‘同花顺’，”NIST 物理学家安德鲁·勒德洛解释道。
两个新的破纪录时钟均基于镱原子。 在每个时钟中，由激光制成的光学晶格固定着数千个这样的原子。 这些激光激发原子的电子，然后原子电子发生振荡，在两种能态之间以令人难以置信的规律性切换。
就像模拟时钟的滴答声一样，这种能量切换可用于计时，但精度比任何模拟时钟甚至数字时钟都要高得多。 最新的纪录打破者，去年发布，如此精确，可以在 150 亿年里保持时间不丢失也不增加一秒。
还有标准秒被定义通过铯原子的振荡。 所以，你知道，这是非常精确的东西。
那么这些新记录意味着什么呢？
系统不确定性是指时钟是否准确地与原子的振荡保持同步。 两个时钟与镱频率同步，误差率为 10 分之 1.4 部分18。
稳定性是指在特定时间段内时钟频率的变化。 镱钟的变化仅为 10 分之 3.2 部分19（或 0.00000000000000000032）。
最后，再现性是指时钟以相同频率运行的程度。 他们的差距在10级以下-18，或十亿分之一。 这就是金钱。
“两个时钟在这个前所未有的水平上的一致性，我们称之为可重复性，可能是最重要的结果，因为它本质上需要并证实了其他两个结果，”勒德洛说。
“这一点尤其正确，因为所证明的可重复性表明时钟的总误差低于我们解释重力对地球时间影响的一般能力。
“因此，当我们设想这样的时钟在全国或世界各地使用时，它们的相对性能将首次受到地球引力效应的限制。”
这种令人惊叹的精度肯定会让许多使用原子钟的仪器和实验受益。
一个例子是全球定位系统，它接收来自配备原子钟的卫星的信号，然后测量来自每颗卫星的信号的时间延迟，并将其转换为空间坐标。
原子钟也被用来检测和测量时间膨胀，速度或重力对时间的影响。 相对速度减慢时间。 更大的重力也会减慢时间； 例如，在地球上海拔较高的地方，时间实际上移动得快一点。
由于这种差异，原子钟可以放置在不同的高度来测量重力本身。 这意味着这些新时钟理论上可以用来测量地球引力场的形状，该场称为相对论大地测量学，精确到厘米以内。
但如此精确且对重力如此敏感的原子钟也有可能探测到来自引力波的极其微弱的信号。
还有一个令人难以置信的诱人前景，我们还没有直接检测到。 理论上，当原子钟与暗物质相互作用，它们可以加速或减速——但速度绝对是极小的几分之一秒。同步原子钟可以以其他时钟无法检测到的方式检测这些差异。
这些应用尚未与这些新的纪录打破者一起应用——鉴于所需的激光功率，它们目前还仅限于实验室。 但这无疑是一个令人兴奋的飞跃。
该团队的研究成果已发表在期刊上自然。
