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原子鐘，是一種計(jì)時(shí)裝置，精度可以達(dá)到每2000萬(wàn)年才誤差1秒，被稱(chēng)為有史以來(lái)最精確的時(shí)間測(cè)量設(shè)備。光學(xué)原子鐘是當(dāng)前基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)。高帶電離子(HCI)可作為一類(lèi)新的時(shí)間測(cè)量設(shè)備的參考，可用于最高精度的時(shí)鐘和基礎(chǔ)物理學(xué)的精密測(cè)試。

高電荷離子是宇宙空間廣泛存在的物質(zhì)，具有很高的正電荷，并且對(duì)外部磁場(chǎng)的敏感性較低。這種離子外層電子與原子核的結(jié)合相比中性或弱原子更牢固，可以作為狹義相對(duì)論、量子電動(dòng)力學(xué)和原子核的敏感探針。

德國(guó)聯(lián)邦物理技術(shù)研究院(PTB)下屬實(shí)驗(yàn)量子計(jì)量研究所(QUEST)與馬克斯普朗克核物理研究所、布倫瑞克工大合作，首次實(shí)現(xiàn)并鑒定了基于高電荷離子的光學(xué)原子鐘。通過(guò)對(duì)時(shí)鐘進(jìn)行比較，本研究將絕對(duì)轉(zhuǎn)變頻率和同位素轉(zhuǎn)變(40Ar相對(duì)于36Ar)的不確定度分別提高了八個(gè)和九個(gè)數(shù)量級(jí)。這些測(cè)量結(jié)果使我們能夠研究基本上沒(méi)有被探索過(guò)的量子電動(dòng)力學(xué)(QED)反沖核，作為改進(jìn)的同位素位移計(jì)算的一部分，它將以前理論的不確定度降低到原來(lái)的1/3?？蒲腥藛T表示，帶有高電荷離子的光學(xué)原子鐘能夠更好地測(cè)試基本原理，如在五電子系統(tǒng)中測(cè)試量子電動(dòng)力學(xué)的原子核反沖。此次，科研人員克服了高電荷離子的測(cè)定和冷卻問(wèn)題，使原子鐘實(shí)現(xiàn)了2.2?×?10?17的測(cè)量不確定度。

這項(xiàng)工作建立了HCI中的禁阻光學(xué)躍遷理論(forbidden optical transitions)，可作為尖端的光學(xué)時(shí)鐘和未來(lái)高靈敏度搜索超越標(biāo)準(zhǔn)模型的物理學(xué)的參考。

相關(guān)論文An optical atomic clock based on a highly charged ion于近日發(fā)表在國(guó)際科學(xué)期刊《自然Nature》。

參考資料來(lái)源：科技部合作司

關(guān)鍵詞： 量子電動(dòng)力學(xué) 原子核的 不確定度