鍶原子光晶格鐘：35億年不差一秒

逝者如斯夫，不舍晝夜。對于兩千多年前的古人來說，時間就是晝夜交替。對于今天的科學家而言，時間是原子的“跳動”。

在中國計量科學研究院，有一種特殊的計時設備——鍶原子光晶格鐘。它以鍶原子的躍遷頻率作為時間計量標準。而且，可以把時間測量的準確度提高到35億年不差一秒。

時間這么精確有什么用？大有用處！而且，科技越發展，用處越大！

就拿已深入每個人生活的全球衛星導航系統來說，精密時間測量發揮了重要作用。導航系統需要多顆導航衛星組網運行，每顆衛星上都放置有特殊的高準確度的鐘，將時間發送到地面。科研人員根據接收到不同衛星信號的時間差和坐標，計算出地面的具體位置。在這個過程中，時間越精確，時間差的測量誤差就越小，定位的準度就越高。

中國計量院時間頻率研究所所長房芳告訴記者，高精度的時間測量還在5G通信、航天發射和測控、智慧城市等領域有著不可替代的作用。

不過，要實現高精度的時間測量，并不容易。在很長的歷史里，人類計時一直用的是天文秒。就是將地球自轉的周期等分為86400份，據此得到秒長。天文秒取決于地球運動的周期，會隨地球運動速率的變化而變化，不夠穩定，這自然也會影響其準確度。

隨著量子物理的發展，科學家發現某些量子現象的穩定性遠遠優于天文現象，非常適合作為時間頻率基準，于是提出原子秒，并將其定義到銫-133原子躍遷頻率上，即銫-133原子振蕩91億9263萬1770次為1秒。中國計量院研制的銫原子噴泉鐘，準確度達到6000萬年不差一秒。

銫原子噴泉鐘屬于微波鐘，它采用的是原子躍遷吸收微波波段的頻率。“而鍶原子光晶格鐘的光學頻率比微波頻率更穩定，穩定度提高后，準確度也相應會提高，因此其準確度可以高幾個量級。”房芳解釋，這種基于光學頻率的原子鐘又被稱為光鐘。

中國計量院從2005年開始自主研制鍶原子光晶格鐘，并不斷改進，相對頻率準確度目前可達到10-18秒，相當于35億年不差一秒，未來還可能提高到上百億年不差一秒。

目前，科學界正在探討未來進一步修改秒的定義的方案，使時間測量更精準。鍶原子光晶格鐘等光鐘，頻率更穩定，測量的結果也更準確，為進一步修改秒定義提供了現實可能性。

當然，光鐘更加直接的作用，是作為時間頻率計量的基準。鐘表走得快了還是慢了，必須有一個最終的參照，光鐘就承擔這樣的角色。

光鐘還可以用來探測引力波。引力波出現時會改變引力勢，而引力勢會改變光鐘的頻率。光鐘的準度越高，越有利于探測引力波。此外，光鐘在驗證相對論、檢驗物理常數變化、發現暗物質等前沿物理領域都可以發揮重要作用。

逝者如斯夫，我們的科研人員正在為實現更精準的時間測量而不舍晝夜地工作著。