9月12日消息，美國國家標準與技術研究院（NIST）成功打造了世界上最精準的時鐘——一款新型光學原子鐘。
這款時鐘以單個被困鋁離子為核心，其時間測量精度極高，誤差僅為5.5×10-19，這意味著它需要比宇宙年齡更長的時間才會出現一秒的誤差。
此外，它的頻率穩定性為3.5×10-16/√τ秒，比其他任何離子鍾穩定2.6倍。
光學原子鐘的性能主要取決於其準確性（接近「真實」時間的程度）和穩定性（測量時間的一致性）。
本次紀錄的達成得益於團隊過去20年對鋁離子鐘的雷射、離子阱和真空腔的持續改進，NIST的研究員兼該研究的第一作者Mason Marshall表示：「能夠參與打造史上最精準的時鐘，這令人興奮不已。」
這款時鐘的工作原理是利用量子邏輯光譜學對單個²?Al?離子進行測量，同時，一個²?Mg?離子與鋁離子一起被困住，用於輔助冷卻和讀取鋁離子的狀態。
鋁離子非常適合用於計時，因為其「跳動」非常穩定，受溫度或磁場的影響較小，但很難用雷射控制，而鎂離子更容易操控，因此用於輔助冷卻，並讓研究人員間接讀取鋁離子信號。
研究團隊的一個重要的升級是將Rabi探測時間延長至1秒，與早期的鋁離子鐘相比，這將不穩定性降低了三倍。
研究團隊還重新設計了離子阱，以減少多餘的微運動，這些微小的不必要運動可能會干擾計時，還使用了更厚的鑽石晶片，並調整了電極上的金塗層以糾正電不平衡。
真空腔也經過重建，使用鈦材料，將背景氫氣減少了150倍，並降低了碰撞位移，使時鐘能夠在不重新加載離子的情況下連續運行數天。
此外，他們還以方向敏感的方式測量了射頻阱的交流磁場，消除了磁場方向引起的不確定性。
各項創新使得時鐘現在可以在36小時內達到19位小數的精度，而不是之前的三周。研究員表示：「藉助這個平台，我們將探索多離子鍾甚至糾纏離子的新結構，進一步提升測量能力。」
