新型超精密光學原子鐘已通過關鍵測試！

　　研究人員以破紀錄的精確度測量了一隻光學原子鐘的滴答聲，同時也表明，這隻鍾可以以前所未有的一致性運行。這些成就代表着向證明新一代光學原子鐘足夠精確和穩定，可以用來重新定義一秒的官方長度邁出了重要一步，目前官方長度是基於微波原子鐘的。美國國家標準與技術研究所(NIST)的研究小組負責人之一安德魯·勒德洛(Andrew Ludlow)說：

　　博科園：對秒的更準確定義和更好計時基礎設施將支持計時系統在廣泛應用領域的持續進步，包括通信和導航系統，它還將爲探索尚未完全理解的物理現象提供更精確測量。這項新研究發表在《Optica》上，光學時鐘可能具有更高的精度，可能比我們在研究這項工作中測量到的精度高10到100倍。要證明這些時鐘的真正準確性，而不受目前秒的定義限制，就需要直接在各種類型的光學時鐘之間進行高質量比較。

　　爲什麼要使用光學原子鐘？

　　時鐘工作原理是計算具有已知頻率的重複事件，如鐘擺的擺動。對於傳統原子鐘來說，銫原子的自然振盪是其週期性事件，銫原子頻率在電磁頻譜的微波區。自1967年以來，國際單位制(SI)將秒定義爲由這些振盪產生的微波信號9,192,631,770個週期中所經過的時間。光學原子鐘使用的原子，如鐿和鍶，其振動頻率約爲微波頻率的10萬倍。

　　這些更高的頻率使得光學時鐘比微波原子鐘走得更快，使它們隨着時間的推移更加精確和穩定。研究小組成員塔拉·福捷(Tara Fortier)說：光學時鐘測量的頻率越高，通常就越容易控制環境對原子的影響。這一優勢最終將使小型光學時鐘系統的開發成爲可能，該系統可在廣泛的應用環境中保持相對高性能。

　　實現記錄的準確性

　　爲了證明光學時鐘所記錄的時間與今天標準銫原子鐘的兼容，研究人員將NIST的鐿光學原子鐘頻率轉換成微波區域，並將其與來自全球銫原子鐘的一系列測量數據進行了比較。研究人員實現了鐿光學時鐘的頻率測量，不確定度爲2.1 X 10-16。這相當於在宇宙年齡(138億年)中只損失約100秒，併爲光學時鐘的銫參考測量創造了一項新的準確度記錄。儘管光學時鐘非常精確，但由於其技術複雜性和原型設計，它們往往會經歷明顯的停機時間。

　　NIST研究人員使用8個氫脈澤來記錄光學時鐘不工作時的時間。脈澤就像在微波光譜範圍內工作的激光一樣，可以可靠地保持時間，但精度有限。研究小組成員湯姆·帕克(Tom Parker)說：脈澤的穩定性（世界上最好的當地時間尺度之一）是我們能夠與銫進行如此精確比較的原因之一。在8個月內進行了79次測量，進一步降低了不確定性，這是在如此長的時間內首次報道光學時鐘測量。

　　爲了更好地理解光學時鐘的侷限性，研究人員計劃將本研究中使用的鐿光學時鐘與NIST正在開發的其他類型的光學時鐘進行比較。最終，NIST時鐘可以與其他國家的光學時鐘進行比較，以確定哪種類型的時鐘最適合重新定義SI秒。研究人員指出，重新定義一秒鐘的長度還需要幾年時間。即使新標準發生了變化，應用新標準也需要更好地連接和傳輸來自世界各地光學時鐘的信號技術，以保持時間的穩定性和準確性。