2022年度科學突破獎公布：基礎物理學突破獎促進光學晶格原子鐘發(fā)展

近日，2022年度科學突破獎（Breakthrough Prize）公布獲獎名單。今年的基礎物理學突破獎由東京大學的Katori Hidetoshi和科羅拉多大學的Jun Ye獲得。他們的研究為光學晶格原子鐘的發(fā)展奠定了基礎。 

光鐘以光頻率運行，光頻率是電磁波譜上可見光的頻率。另一方面，原子鐘測量原子的微波頻率。更高的頻率會讓鐘表的計時更加精確。 
 
光學鐘和原子鐘都非常精確。原子鐘非常精確，大約每 1 億年就會縮短一秒；作為參考，石英鐘平均每兩年會減少一秒。另一方面，而這兩位科學家發(fā)明的光學晶格鐘每150億年才會減少一秒，使其成為世界上最準確的時鐘。 
 
150億年也恰好是宇宙的大致年齡，所以如果在宇宙大爆炸那一刻這個鐘就誕生的話，它只會比今天的時間晚一秒。  通過激光，研究人員將鍶原子冷卻到略高于絕對零值，然后這些原子被困在稱為光學晶格的激光網格中（時鐘的名稱由此而來）。目前，國際制秒（SI 秒）就是使用銫原子定義的，但研究人員正在考慮用鍶代替銫來創(chuàng)建新標準。 
 
擁有世界上最準確的計時儀器不僅非常有用，而且還可以讓研究人員了解宇宙的基本方面。葉實驗室的研究人員觀察到，當時鐘向地面移動幾厘米時，時鐘測量的時間會變慢。這與愛因斯坦著名的相對論是一致的。 
 
光學晶格鐘還將對天體物理學領域產生天文效應。例如，能夠精確同步世界各地天文臺的時鐘將使研究人員能夠對黑洞進行更準確的測量，從而使我們能夠更好地了解它們。根據愛因斯坦的相對論，當接近大質量物體時，時間會變慢。由光學鐘測量的輕微時間變化可以告訴我們固體巖石下是否有熔巖、沙漠下有多少水或海洋的大致深度。 
 
像許多新發(fā)現一樣，這項技術只存在于實驗室中，所以葉的下一步是弄清楚如何使其便攜，以便任何地方的科學家都可以使用他的時鐘。