全球首款低温原子钟问世：-268℃实现18位小数秒级精度

11月19日消息，多伦多大学在11月17日发布公告，宣布其物理学家取得重大突破，成功研发出全球首款低温单离子光晶格钟。这项技术有望将计时精度提升至现有顶尖原子钟的100倍水平，或将取代沿用了数十年的铯原子钟体系，为精密计时与基础科学研究带来深远影响。

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物理学系副教授阿马尔·乌塔（Amar Vutha）指出，精确测量时间与频率是整个物理单位体系的基石。提升原子钟的精度，意味着强化所有物理测量的基础。

所有计时设备都依赖于能产生稳定重复间隔的机制。在原子钟内部，这种"滴答声"来自激光电磁场的振荡，而原子的量子振动就像音叉一样，确保激光频率的稳定。

传统原子钟使用微波，而新一代光晶格钟则采用可见光激光器。由于可见光频率比微波高出约10万倍，使得光学原子钟的精度实现了数量级飞跃，可精确到小数点后18位。

此次研究团队的突破在于，他们成功开发出全球首个低温单离子阱系统。这项技术同样使用光学激光器，通过电磁场捕获单个锶原子，利用该原子与激光同步来确保稳定性。

目前主流光学原子钟的精度主要受限于周围环境发出的红外光，也就是热辐射的干扰。这种干扰会影响作为"音叉"的调节原子，从而限制时钟的稳定性。

研究团队为突破这一技术瓶颈，将单个锶原子冷却至低于5开尔文，即仅比绝对零度高出不到5度。在接近绝对零度的环境下运行，设备能够彻底消除热辐射的干扰，从而突破了当前单离子原子钟的精度瓶颈。这一关键创新为更高精度的计时技术铺平了道路，是迈向下一代时间标准的重要一步。

超高精度的时间测量将在多个科学领域产生深远影响。它不仅能够提升我们对安培、伏特等基本电学单位的定义精度，还将为前沿物理学研究提供强大工具。

物理学家可以利用这种极致精确的时钟来检验自然界的基本常数是否恒定不变。因此，这款新型原子钟的问世，不仅关乎更精准的时间，更可能刷新我们对宇宙基本规律的认知。