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美国国度尺度与手艺研究院（NIST）和科罗拉多年夜学博尔德分校结合成立的美国天体物理结合尝试室（J开博体育ILA）的科学家们，成功开辟出了迄今已知最切确的原子钟。这款原子钟不但能精准计时，还助在广漠的空间规模内进行精准导航，并搜刮新粒子。相干论文已被最新一期《物理评论快报》杂志领受。

物理学家组织网在本月稍早时候报导中指出，跟着原子钟精度的延续晋升，它们将在引力波探测、暗物资探测等范畴“年夜显身手”，有望帮忙科学家之前所未有的切确度测试广义相对论等根基理论。而对那些原子钟建造师来讲，他们不但在开辟更好的时钟，更是在打造一把把揭露宇宙奥秘的“钥匙”，为将来的前沿手艺奠基根本。

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，会释放出电磁波。这类不持续的电磁波频率，即为跃迁频率。统一种原子的跃迁频率是必然的。对原子跃迁时辐射出来的电磁波频率，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率，实现精准计时。

最早的原子钟利用微波波段照耀原子，使原子产生跃迁，但光学频率远高在微波频率，更高频率也意味着更高的计时精度。

2022年，JILA物理学家叶军等人经由过程利用激光捕捉、冷却和探测原子，研制出了那时最切确的原子钟，其假如运行150亿年，误差不到一秒。

为进一步晋升原子钟的精度，在最新研究中，叶军等人利用更浅、更暖和的激光“网”，捕捉了不计其数个原子。这年夜年夜削减了两个首要的误差来历：捕捉原子的激光发生的效应，和当原子慎密聚积彼此碰撞发生的效应。在此根本上，他们研制出了有史以来最切确的原子钟。这款原子钟假如运行300亿年，误差仅为一秒。

在更小标准丈量广义相对论

高精度原子钟可能会对科学研究发生庞大影响。

叶军暗示，他们新研制出来的原子钟很是切确，即便在微不雅标准上，也能探测到广义相对论等理论猜测的细小效应。

广义相对论认为，因为物资的存在，空间和时候会产生曲折。此中一个要害猜测是：时候自己遭到引力的影响，并且引力场越强，时候过得越慢。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论。

叶军等人在《天然》杂志颁发的论文中也指出，他们操纵该原子钟已证实，爱因斯坦的广义相对论所猜测的时候膨胀在毫米标准上是准确的——两个细小的原子钟，相隔仅一毫米，也会以分歧速度运转。

这类在微不雅标准上不雅察广义相对论效应的能力，有望帮忙物理学家将量子力学与广义相对论同一起来。量子力学在极小标准上描写物资，广义相对论则可在极年夜的宇宙标准上猜测物体的行动。原子钟可以或许探测到藐小的引力效应，为广义相对论和量子理论“联婚”供给了可能性。

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。

跟着人类不竭深切太阳系，原子钟将需要在很远距离连结切确计时。所谓掉之毫厘，谬以千里，计时中极为细小的毛病会造成导航毛病，从而对全部摸索勾当发生庞大影响。叶军暗示，假如科学家想让航天器切确下降在火星上，就需要比此刻的全球定位系统切确几个数目级的原子钟，最新研制出的这个原子钟就有望助力实现这一方针。

除此以外，有些量子计较机以单个原子或份子作为其根基信息处置单位（量子比特），对这些原子或份子进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手艺也在此找到了用武之地。

跟着原子钟丈量精度的进一步晋升，科学家有望经由过程新现象促进对量子物理的理解。而对量子物理的新理解，反过来又可以增进尝试手艺的成长，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奥妙联系关系的“显微镜”，也可作为窥测宇宙深渊、追寻引力波与暗物资踪影的“千里镜”。

从时候流被引力扭曲的无限小标准，到暗物资和暗能量占有主导地位的广漠宇宙鸿沟，原子钟早已不是一个计时装备，它已成为科学家的“慧眼”，帮忙他们发现更多新现象，揭露更多未解之谜。

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