世界各地都用原子鐘來(lái)精確報(bào)時(shí)。時(shí)鐘的每一次“滴答”都取決于原子振動(dòng)及其對(duì)周圍電磁場(chǎng)的影響。今天使用的標(biāo)準(zhǔn)原子鐘，以銫原子為基礎(chǔ)，通過(guò)計(jì)算無(wú)線電頻率來(lái)報(bào)時(shí)。這些時(shí)鐘可以精確到每數(shù)億年一秒。而測(cè)量光頻率的新型原子鐘更加精確，可能最終取代基于無(wú)線電的原子鐘。

現(xiàn)在,加州理工學(xué)院的研究人員和噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室(JPL),這是由美國(guó)宇航局加州理工學(xué)院,想出了一個(gè)新的設(shè)計(jì)光學(xué)原子鐘,承諾是最準(zhǔn)確和精確(時(shí)鐘的準(zhǔn)確性是指能力正確地確定時(shí)間,和精度是指它能告訴在精致的細(xì)節(jié))。它的綽號(hào)是“鑷子鐘”，利用所謂的激光鑷子來(lái)操縱單個(gè)原子。

加州理工學(xué)院物理學(xué)助理教授曼努埃爾·恩德雷斯(Manuel Endres)說(shuō)：“物理學(xué)家的目標(biāo)之一就是能夠盡可能準(zhǔn)確地說(shuō)出時(shí)間。” 他發(fā)表了一篇新論文，在《Physical Review X》雜志上描述了這一結(jié)果。Endres解釋說(shuō)，盡管每天不一定需要超精密時(shí)鐘來(lái)計(jì)時(shí)，但它們可能會(huì)導(dǎo)致基礎(chǔ)物理學(xué)研究以及尚未想象的新技術(shù)的進(jìn)步。

新的時(shí)鐘設(shè)計(jì)基于已經(jīng)使用的兩種類型的光學(xué)原子鐘。第一種基于單個(gè)捕獲的帶電原子或離子，而第二種則使用捕獲在所謂的光學(xué)晶格中的數(shù)千個(gè)中性原子。在捕獲離子方法中，只需要精確地隔離和控制一個(gè)原子(離子)，從而提高了時(shí)鐘的準(zhǔn)確性。另一方面，光學(xué)晶格方法受益于具有多個(gè)原子-原子越多，由于單個(gè)原子的隨機(jī)量子漲落而產(chǎn)生的不確定性就越少。

Endres團(tuán)隊(duì)的原子鐘設(shè)計(jì)實(shí)質(zhì)上結(jié)合了兩種設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)，從而獲得了兩者的優(yōu)勢(shì)。新設(shè)計(jì)沒(méi)有使用光學(xué)晶格方法那樣使用許多原子的集合，而是使用了40個(gè)原子，而這些原子是由激光鑷子精確控制的。在這方面，新設(shè)計(jì)不僅受益于具有多個(gè)原子，而且還允許研究人員控制這些原子。

加州理工學(xué)院的研究生，這項(xiàng)新研究的主要作者伊瓦伊洛·馬德亞羅夫(Ivaylo Madjarov)說(shuō)：“這種方法將物理的兩個(gè)分支聯(lián)系在一起-單原子控制技術(shù)和精確測(cè)量。” “我們正在開(kāi)創(chuàng)原子鐘的新平臺(tái)。”

Madjarov解釋說(shuō)，通常，原子鐘中的原子就像音叉一樣，可以幫助穩(wěn)定電磁頻率或激光。“我們的激光振蕩就像鐘擺一樣，可以記錄時(shí)間的流逝。原子是非常可靠的參考，可以確保鐘擺以恒定的速率擺動(dòng)。”

研究小組表明，新系統(tǒng)非常適合未來(lái)對(duì)量子技術(shù)的研究。這些系統(tǒng)中的原子可以糾纏或全局連接，并且這種糾纏狀態(tài)可以進(jìn)一步穩(wěn)定時(shí)鐘。Endres說(shuō)：“我們的方法還可以為量子計(jì)算和通信架構(gòu)搭建橋梁。” “通過(guò)融合物理學(xué)中的不同技術(shù)，我們進(jìn)入了一個(gè)新的領(lǐng)域。”