耗时20年：NIST打造世界上最精准时钟！

美国国家标准与技术研究院（NIST）成功打造了世界上最精准的时钟——一款新型光学原子钟。

这款时钟以单个被困铝离子为核心，其时间测量精度极高，误差仅为5.5×10-19，这意味着它需要比宇宙年龄更长的时间才会出现一秒的误差。

此外，它的频率稳定性为3.5×10-16/√τ秒，比其他任何离子钟稳定2.6倍。

光学原子钟的性能主要取决于其准确性（接近“真实”时间的程度）和稳定性（测量时间的一致性）。

本次纪录的达成得益于团队过去20年对铝离子钟的激光、离子阱和真空腔的持续改进，NIST的研究员兼该研究的第一作者Mason Marshall表示：“能够参与打造史上最精准的时钟，这令人兴奋不已。”

这款时钟的工作原理是利用量子逻辑光谱学对单个²?Al?离子进行测量，同时，一个²?Mg?离子与铝离子一起被困住，用于辅助冷却和读取铝离子的状态。

铝离子非常适合用于计时，因为其“跳动”非常稳定，受温度或磁场的影响较小，但很难用激光控制，而镁离子更容易操控，因此用于辅助冷却，并让研究人员间接读取铝离子信号。

研究团队的一个重要的升级是将Rabi探测时间延长至1秒，与早期的铝离子钟相比，这将不稳定性降低了三倍。

研究团队还重新设计了离子阱，以减少多余的微运动，这些微小的不必要运动可能会干扰计时，还使用了更厚的钻石晶片，并调整了电极上的金涂层以纠正电不平衡。

真空腔也经过重建，使用钛材料，将背景氢气减少了150倍，并降低了碰撞位移，使时钟能够在不重新加载离子的情况下连续运行数天。

此外，他们还以方向敏感的方式测量了射频阱的交流磁场，消除了磁场方向引起的不确定性。

各项创新使得时钟现在可以在36小时内达到19位小数的精度，而不是之前的三周。研究员表示：“借助这个平台，我们将探索多离子钟甚至纠缠离子的新结构，进一步提升测量能力。”