IT之家 11 月 19 日消息，多倫多大學于 11 月 17 日發布博文，宣布其物理學家取得重大突破，成功研發全球首款低溫單離子光學原子鐘。其精度有望達到現有頂尖時鐘的 100 倍。這項成果將推動沿用數十年的銫原子鐘體系的更新換代，并為精確計時與基礎科學研究帶來深遠影響。

物理學系副教授阿馬爾?烏塔（Amar Vutha）指出，測量精確的時間與頻率，是我們整個物理單位體系的基石，因此，提升計時設備的精度，意味著強化所有物理測量的基礎。

所有計時設備都依賴于一個能產生穩定重復間隔（即“滴答聲”）的機制。在原子鐘內，這個“滴答聲”來自激光電磁場的振蕩，而原子的量子振動則像音叉一樣，確保激光頻率的穩定。

傳統原子鐘使用微波，而新一代光學原子鐘則采用可見光激光器。由于可見光頻率比微波高約 10 萬倍，因此光學原子鐘的精度實現了數量級飛躍，可精確到小數點后 18 位。

此次研究團隊的突破在于，他們開發出全球首個低溫單離子阱。這項技術同樣使用光學激光器，并通過電磁場捕獲單個鍶原子，利用該原子與激光同步來確保穩定性。

低溫離子阱 電極的特寫圖像。單個離子被捕獲在電極之間的空間中。圖源：Amar Vutha 等

主流光學原子鐘的精度目前主要受限于周圍環境（如金屬真空容器）發出的紅外光，即熱輻射的干擾。這種干擾會影響作為“音叉”的調節原子，從而限制時鐘的穩定性。

研究團隊為了解決這一難題，將單個鍶原子冷卻至低于 5 開爾文，即僅比絕對零度高不到 5 度。在接近絕對零度的環境下運行，設備能夠徹底消除熱輻射的干擾，從而突破了當前單離子原子鐘的精度瓶頸。這一關鍵創新為實現更高精度的計時鋪平了道路，是邁向下一代時間標準的重要一步。

超高精度的時間測量將在多個科學領域產生深遠影響。它不僅能提升我們對安培、伏特等基本電氣單位的定義精度，還將為前沿物理學研究提供強大工具。

物理學家可以利用這種極致精確的時鐘來檢驗自然界的基本常數（如光速和普朗克常數）是否恒定不變。因此，這款新型原子鐘的問世，不僅關乎更準確的時間，更可能刷新我們對宇宙基本規律的認知。