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美国国度尺度与技能研究院（NIST）以及科罗拉多年夜学玻尔德分校结合建立的美国天体物理结合试验室（JILA）的科学家们，乐成开发出了迄今已经知最切确的原子钟。这款原子钟不只能精准计时，另有助于广漠的空间规模内举行精准导航，并搜刮新粒子。相干论文已经经被最新一期《物理评论快报》杂志吸收。

物理学家构造网于本月稍早时间报导中指出，跟着原子钟精度的连续晋升，它们将于引力波探测、暗物资探测等范畴“年夜显身手”，无望帮忙科学家之前所未有的切确度测试广义相对于论等基本理论。而对于在那些原子钟制作师来讲，他们不只于开发更好的时钟，更是于制造一把把展现宇宙秘密的“钥匙”，为将来的前沿技能奠基根蒂根基。

精度“更上一层楼”

当原子从一个能量态跃迁至更低能量态时，会开释出电磁波。这类不持续的电磁波频次，即为跃迁频次。统一种原子的跃迁频次是必然的。对于在原子跃迁时辐射出来的电磁波频次，原子钟可把其作为一种节奏器来计时。也就是说，原子钟经由过程丈量原子的跃迁频次，实现精准计时。

最早的原子钟使用微波波段照射原子，使原子发生跃迁，但光学频次远高在微波频次，更高频次也象征着更高的计时精度。

2022年，JILA物理学家叶军等人经由过程使用激光捕捉、冷却以及探测原子，研制出了其时最切确的原子钟，其假如运转150亿年，偏差不到一秒。

为进一步晋升原子钟的精度，于最新研究中，叶军等人使用更浅、更暖和的激光“网”，捕捉了成千上万个原子。这年夜年夜削减了两个重要的偏差来历：捕捉原子的激光孕育发生的效应，和当原子慎密聚集彼此碰撞孕育发生的效应。于此根蒂根基上，他们研制出了有史以来最切确的原子钟。这款原子钟假如运转300亿年，偏差仅为一秒。

于更小标准丈量广义相对于论

高精度原子钟可能会对于科学研究孕育发生伟大影响。

叶军暗示，他们新研制出来的原子钟很是切确，纵然于微不雅标准上，也能探测到广义相对于论等理论猜测的微小效应。

广义相对于论以为，因为物资的存于，空间以及时间会发生弯曲。此中一个要害猜测是：时间自己遭到引力的影响，并且引力场越强，时间过患上越慢。2010年，NIST物理学家经由过程比力2个相距33厘米的原子钟验证了广义相对于论。

叶军等人于《天然》杂志揭晓的论文中也指出，他们哄骗该原子钟已经经证明，爱因斯坦的广义相对于论所猜测的时间膨胀于毫米标准上是准确的——两个微小的原子钟，相隔仅一毫米，也会以差别速率运行。

这类于微不雅标准上不雅察广义相对于论效应的威力，无望帮忙物理学家将量子力学与广义相对于论同一起来。量子力学于极小标准上描写���物资，广义相对于论则可于极年夜的宇宙标准上猜测物体的举动。原子钟可以或许探测到藐小的引力效应，为广义相对于论以及量子理论“联姻”提供了可能性。

更切确的太空导航

更切确的原子钟还可以实现更切确的太空导航。

跟着人类不停深切太阳系，原子钟将需要于很远间隔连结切确计时。所谓掉之毫厘，谬以千里，计时中极为微小的过错会形成导航过错，从而对于整个摸索勾当孕育发生伟大影响。叶军暗示，假如科学家想让航天器切确下降于火星上，就需要比此刻的全世界定位体系切确几个数目级的原子钟，最新研制出的这个原子钟就无望助力实现这一方针。

除了此以外，有些量子计较机以单个原子或者者份子作为其基本信息处置惩罚单位（量子比特），对于这些原子或者份子举行精准操控将晋升量子计较机的机能，原子钟内切确操控单个原子的技能也于此找到了用武之地。

跟着原子钟丈量精度的进一步晋升，科学家无望经由过程新征象增进对于量子物理的理解。而对于量子物理的新理解，反过来又可以促成试验技能的成长，让丈量精度进一步提高。

叶军暗示，原子钟既可作为摸索量子力学与引力微妙联系关系的“显微镜”，也可作为窥伺宇宙深渊、追寻引力波与暗物资踪影的“千里镜”。

从时间流被引力扭曲的无限小标准，到暗物资以及暗能量盘踞主导职位地方的广漠宇宙界限，原子钟早已经不是一个计时装备，它已经经成为科学家的“慧眼”，帮忙他们发明更多新征象，展现更多未解之谜。