IT之家 11 月(yue) 18 日消息，據 Interesting Engineering 報(bao)道，加拿大多倫多大學物理學家公布(bu)了一項(xiang)突破性(xing)成果：他們成功研制出全球(qiu)(qiu)首臺低(di)溫(wen)單離(li)子(zi)光學原(yuan)子(zi)鐘(zhong)，其(qi)工(gong)作環境冷卻至僅(jin)高于絕對零(ling)度 5 開爾(er)文（?268.15°C），有望將時(shi)間測量精度提升至當前(qian)國際標準銫原(yuan)子(zi)鐘(zhong)的(de) 100 倍。此項(xiang)進展標志著全球(qiu)(qiu)時(shi)間基準體系(xi)邁(mai)向新(xin)一代(dai)技術的(de)關鍵(jian)一步，或將徹底取(qu)代(dai)沿用數十(shi)年(nian)的(de)傳(chuan)統銫鐘(zhong)。

該新型原子鐘不僅有望重新定義“秒”的基準，更將為物理學基礎研究、全球衛星導航、高速通信網絡以及各類高精度測量提供前所未有的時間基準支撐。

“時間(jian)與頻率的精(jing)確測量(liang)，構成了整個物(wu)(wu)理量(liang)度體(ti)系的基石，”多倫多大學物(wu)(wu)理系實(shi)驗物(wu)(wu)理學家(jia)阿(a)馬爾(er)?武薩（Amar Vutha）教(jiao)授指出，“因(yin)此，提升計時裝置(zhi)的精(jing)度，即為所有物(wu)(wu)理測量(liang)構筑更(geng)堅實(shi)可靠的基礎。”

武薩教授與其(qi)博士研究生高橋孝宏（Takahiro Tow）在他們實驗室先前(qian)研究的基(ji)礎上(shang)，制造出(chu)了(le)一種利用單個捕(bu)獲的鍶(si)原子來穩(wen)定光學激(ji)光器的設備。

據IT之家了解，從(cong)單擺鐘(zhong)(zhong)、石英表到(dao)原子鐘(zhong)(zhong)，一(yi)切計時裝置(zhi)均依賴(lai)某種穩(wen)定、周期性重復的物理現象。“一(yi)臺(tai)優質時鐘(zhong)(zhong)的關鍵(jian)，在于其周期性事件必須高度穩(wen)定，絕(jue)不能時快時慢(man)。”武薩解釋道。

在(zai)(zai)原子(zi)鐘中，“滴答”計時源于激(ji)光(guang)電磁振(zhen)蕩頻(pin)率；而原子(zi)則充當“穩(wen)定器”：“原子(zi)的量子(zi)躍(yue)遷振(zhen)動如(ru)同精(jing)密調(diao)音叉，使(shi)激(ji)光(guang)頻(pin)率始(shi)終(zhong)保持(chi)‘在(zai)(zai)調(diao)’狀(zhuang)態。”

早期原子(zi)鐘采用(yong)微波頻段，后發展(zhan)為可(ke)見光激光，每一(yi)代技術躍遷均使頻率(lv)穩定性提(ti)升數(shu)個數(shu)量(liang)級(ji)。如(ru)今(jin)最先進的光學時鐘精(jing)度可(ke)達(da) 18 位小數(shu)，相當(dang)于以(yi)百萬分之(zhi)一(yi)毫米的精(jing)度測量(liang)地月距離。

然而，即便如此卓越的裝置仍面臨一個共同的局限：熱擾動。用于調(diao)節光學時鐘的原子會受到(dao)周圍部(bu)件(jian)（包括(kuo)容納它們的金屬(shu)真空室）所(suo)發出的紅外輻射的干(gan)擾。

“現(xian)行光學原子鐘(zhong)中的(de)調節原子，仍會因鄰(lin)近物體發出的(de)紅外輻射（即熱量）而受到(dao)擾動，”武薩強(qiang)調，“一旦‘調音叉’自身失準(zhun)，整個時鐘(zhong)的(de)穩(wen)定性便無(wu)從談起(qi)。”

多(duo)倫多(duo)團隊的(de)突破性在于：將捕獲的(de)單個鍶離子冷卻至 5 K 以下(xia)，極(ji)大抑制了(le)熱輻射，徹(che)底(di)消除了(le)頻(pin)率漂移的(de)核心來源(yuan)之一(yi)。在此低溫環境(jing)下(xia)，原子可更持久、更精準地履行其(qi)“量子調音叉”職能，顯著提升系統長期穩定性。

超高精度計時會產生(sheng)一系(xi)列(lie)科學(xue)影響(xiang)。像安(an)培和伏特這樣的基(ji)本(ben)電學(xue)標(biao)準，就依賴于(yu)極(ji)其精確的時間(jian)和頻率測量。“安(an)培作為電流標(biao)準，其定義需精確計量單位(wei)時間(jian)內流經導(dao)體的電子數目，”武薩(sa)指出，“而這必須建立在(zai)高精度時間(jian)標(biao)尺的基(ji)礎之上。”

而超精(jing)密原子鐘最具深(shen)遠意義的(de)潛(qian)在(zai)應用(yong)，在(zai)于檢驗(yan)自(zi)然界最根(gen)本的(de)物理(li)假設。

“新一(yi)代光學鐘(zhong)迄今最成功的(de)應用，是檢驗自(zi)然界(jie)的(de)‘基本物理常數(shu)’是否(fou)真正恒(heng)定不變，”武(wu)薩表(biao)示(shi)。這類常數(shu)包括光速與普朗(lang)克常數(shu)等，“要開展此類基礎性檢驗，目前別無他法，唯(wei)有借助原子鐘(zhong)。”

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