科学家们近日宣布，他们成功研制出全球最为精准的时钟，这一突破性成果标志着人类在时间测量领域迈出了重要一步。这台被誉为“时间机器”的镥原子钟，其稳定性达到了前所未有的高度，据估算，在长达2600多亿年的时间里，它的误差仅为一秒。这一研究成果已在9月23日的《自然》杂志上正式发表。

镥原子钟凭借其卓越的精度，成为了当前世界上最精确的时间测量工具。图片来源：新加坡国立大学

从卫星导航系统的精准定位，到暗物质探测的微妙信号捕捉，高精度时钟在众多高科技领域发挥着不可或缺的作用。随着时钟精度的不断提升，人类得以以极高的精度描绘地球引力的微妙变化，甚至有望以此为基础，重新定义时间的基准单位——秒。

这款由新加坡国立大学（NUS）科研团队精心打造的实验室计时器，采用了稀土金属镥作为核心材料，其精度是此前基于钙离子制造的最精确时钟的四倍，展现了科技在时间测量领域的巨大飞跃。

作为一款“光学”原子钟，它利用镥元素在吸收和发射光辐射时产生的可见光频率来精确计算时间。美国加州大学洛杉矶分校的物理学家David Leibrandt对此表示高度赞赏，认为其精度令人叹为观止。更值得一提的是，研究团队还通过对比不同时钟的输出结果，进一步验证了其准确性。

研究人员透露，这款镥时钟的稳定性极高，他们正致力于将其小型化，以便未来能够走出实验室，应用于更广泛的场景。领导该项目的NUS物理学家Murray Barrett表示，这是团队经过十多年不懈努力取得的成果。

该时钟的工作原理基于镥离子的一个独特且稳定的特性——即电子跃迁到更高能量“激发态”时所需的光的频率。通过持续监测单个离子的状态，研究人员将激光精确锁定在这一特定频率上，从而利用激光的振荡作为计时单位，精确标记时间。

为了确保时钟的准确性，研究人员不仅计算出了其精度估值，还通过对比两个镥时钟的输出结果进行了验证。这种对比对于确保设备输出的可靠性至关重要。Barrett教授形象地比喻道：“如果你只有一个时钟，你又如何知道它是否准确呢？”幸运的是，这两个时钟的滴答声精确匹配到了第19位数字，这是迄今为止最为精确的时钟比对。

据NUS物理学家Kyle Arnold介绍，该团队可能是全球唯一使用镥元素制造时钟的科研团队。镥的独特性质使其非常适合这一应用，与常用于制造原子钟的镱和锶等原子相比，镥对温度和磁场的波动不敏感，这些环境因素通常会影响跃迁频率，进而影响时钟的精度。此外，镥时钟仅需使用商用激光技术，便可在室温下稳定工作。

Arnold教授充满信心地表示：“我认为镥将在未来的高精度时间测量中发挥主导作用，我希望这能进一步提升人们对镥在光学时钟领域优势的认识。”

值得一提的是，镥元素还有可能成为重新定义秒的基础元素之一。计量学家们计划在2030年之后采用新一代的使用可见光频率的时钟来重新定义秒，以取代自1967年以来一直沿用的微波频率标准。

光学时钟的更高频率使得其振荡速度更快，从而让计量学家能够更精细地划分时间。然而，要实现这一目标，必须满足一系列严格的标准，包括达到一定的精确度阈值，并通过与其他时钟的输出进行比对来验证结果的准确性。

英国国家物理实验室的物理学家Helen Margolis指出，镥时钟的不确定性远低于国际计量界设定的目标，但还需满足其他标准，如在由不同研究团队开发的时钟之间进行反复比较。她强调：“如果国际社会认定我们已准备好重新定义秒，那么全球的一致性和可重复性就变得至关重要。”

相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41586-026-11072-8

（原标题为《迄今最精确时钟问世 为重新定义秒迈出重要一步》）

来源：李木子/徽声在线