- 新加坡科研團隊利用鋱製作全球最精確的原子鐘。
- 鋱鐘的精確度可檢測到重力引起的時間減緩。
- 團隊花了近十年時間精密工程設置鐘的組件。
- 研究結果已發表在《自然》期刊上。
新加坡量子技術中心（CQT）研究人員利用鋱（Lutetium）製造出全球最精確的原子鐘。這項成就不僅體現在鐘的性能上，還因為這是首次使用鋱製作原子鐘，研究人員通常更傾向於使用釔（Ytterbium）、鍶（Strontium）或鋁（Aluminum）。原子鐘是迄今為止製造出的最精確的鐘，對於導航、互聯網流量、電信及銀行交易等全球運作至關重要，因為這些領域需要高度準確的時間計量。
原子鐘通過測量原子電子能級之間的轉變來計時，這些能級之間的振盪就像鐘擺一樣計算時間，並且這一方法已經標準化，使用的鈉（Cesium）原子被廣泛應用於支持全球定位系統（GPS）和我們日常使用的通信網絡。然而，研究人員一直在努力提高這些系統的準確性，轉而使用釔、鍶和鋁等原子，因為這些原子的振盪速度比鈉快，因此可以更為精確。
鋱鐘的特性與優勢
新加坡 CQT 的研究團隊十多年前便開始考慮使用鋱作為他們的原子鐘，因為溫度或磁場的變化不會影響其轉變。由 CQT 首席研究員兼新加坡國立大學（NUS）副教授穆雷·巴雷特（Murray Barrett）領導的團隊，花了近十年時間精密工程設置鐘的組件，並測試原子不同的特性。巴雷特在新聞稿中解釋道：「良好的特性意味著即使在各種環境下也能達到高準確度。鋱鐘將在地球上記錄的最熱地點死亡谷和南極高原的最冷地點之間變化時仍然穩定。」
該鐘由一個帶正電的 176Lu+離子組成，其轉變與波長為 848 納米的鐳射匹配。研究人員還必須發明一種新的方式來定義鐘的轉變，這被稱為「超精細平均」。在實驗中，團隊將鋱鐘的頻率測量到 19 位小數，並且不確定性為 1 x 10^ -19，這是迄今為止光學原子鐘中最低的。
驗證鋱鐘的準確性
當任何研究團隊聲稱已經建造出最精確的原子鐘時，他們會通過將其準確性與現有最佳鐘進行比較來驗證其聲明。然而，就鋱鐘而言，其精確度如此之高，以至於可以檢測到由重力引起的時間減緩，即使高度差僅為幾毫米，亦無法與現有的最佳原子鐘相比較。因此，研究人員建立了另一個鋱鐘並比較其滴答聲，以達到不確定性為 5.7 x 10^ -19，這是迄今為止記錄的最高精度。為了進一步比較和開發應用，該鐘需要離開實驗室。
巴雷特和他的團隊將致力於將其小型化，以便於運輸。研究結果已發表在《自然》期刊上。
鋱鐘的潛在應用與挑戰
鋱鐘的研發標誌著原子鐘技術的一個重要突破，因為它能在各種環境下保持高準確度，這對於導航和通信等領域至關重要。隨著科技進步，這種精確度將有助於提升全球定位系統的可靠性，並可能推動新一代技術的發展。然而，將鋱鐘小型化以便於運輸仍然是一大挑戰，這將影響其實際應用的廣泛性。