由于技术突破，未来几年一秒可能会被重新定义。
图片来源：pixelarticle/Shutterstock.com
研究人员开发了一种光学原子钟的新方法，实现了科学的一个主要目标：重新定义秒。时间的基本单位很快可能会基于铯的两个超精细基态转变以外的东西，这是自 1967 年以来的定义。改变它的第一个具体步骤现在已经发生。
在过去的几年里，研究人员已经证明，设计出比秒的原始定义所基于的原子钟精确 1000 倍的时钟是可能的。这些光学原子钟坏了，但重新定义的一个重要挑战是以足够高的精度比较不同的时钟。
这个过程很困难，但也很费力。测量频率比（不同时钟之间的比较）通常需要很多天的时间。新的多离子设计具有可扩展性，其可扩展性将使比较变得简短。如果时钟中有 10 个离子，则测量速度会快 10 倍。
这已经是一个重要的发展，但团队还可以做得更多。为了证明时钟足以重新定义秒，要击败的目标是频率比小于 5x10-18或低于十亿分之五。该团队能够实现这一目标。
“在这里，我们测量单个离子钟的频率比，这是一个已经运行了 10 多年的老牌钟——‘经典钟’。我们将我们的时钟与那个时钟进行了比较。因此，时钟一和时钟二的误差贡献进入了这个组合误差预算，因为这实际上是关于测量频率比，这是[可能]重新定义第二个时钟的基准之一。”塔尼娅·梅尔施陶布勒教授告诉IFLScience。
“基准测试说只有当有几个人可以测量到低于 5x10-18那么我们就可以向重新定义迈出一步。这就是为什么跨越这一基准对我们来说非常重要。从这个意义上说，我们确实打破了真正的世界纪录，因为迄今为止没有人在这个级别上比较两种类型的光学时钟！”
破纪录的成就非常令人兴奋。这是一件值得高兴的事情，但这也是一个开始。理论工作表明，这种多离子时钟能够进一步减少不确定性。
“我们在 2019 年展示了这些系统理论上可以做什么。这是具有这种不确定性的时钟操作的第一次实际演示。该系统仍有很大的潜力。它可以降至 1x10-19正如我们原则上所表明的那样，存在系统不确定性。但当然，挑战实际上在于做到这一点。”乔纳斯·凯勒博士该研究的第一作者之一告诉 IFLScience。
在可以进行非常精确测量的领域工作是非常有意义的，因为测量越精确，您就会得到越多的惊喜。
塔尼娅·梅尔施陶布勒教授
改进秒的定义显然是这项工作的主要焦点，但这些时钟的开发有一些令人难以置信的应用。这些时钟对微小的重力效应很敏感。同一个时钟可以判断它们是否被上下移动了。因此它们可以用来跟踪地球的运动，以及由于冰川消失或永久冻土融化而引起的陆地海拔变化。
这些时钟可以帮助进一步探索物理学在广义相对论和量子力学方面的极限。它们处于我们基本宇宙知识的最前沿。但它们并不是科幻小说。它们非常真实。
“在一个可以进行非常精确测量的领域工作是非常有意义的，因为测量越精确，你就会得到越多的惊喜。我真的很期待如此精确地测量时间，”Mehlstäubler 教授告诉 IFLScience。
描述该成就的论文发表在期刊上物理评论快报。
