镥光学原子钟研制取得突破 为秒的重新定义积累实验依据

高精度时钟在卫星导航、暗物质探测、地球引力场精细测绘等科研与应用场景发挥关键作用。本次研发的镥原子钟属于光学原子钟，依靠原子吸收、释放光辐射的可见光频率完成计时工作，计时精度达到此前钙离子原子钟的四倍。整套成果来自历时十余年的持续科研攻关。

该设备利用镥离子电子跃迁至高能激发态对应的固有光频开展计时工作。科研人员持续观测单个镥离子，把激光锁定到触发电子跃迁的特定频率，借助激光振荡周期充当计时标尺。为校验设备可靠性，研究团队搭建两台同款镥原子钟开展对照测试，两台设备输出的计时信号可以匹配至第 19 位数字，完成迄今为止精度最高的一次时钟比对实验。

对比镱、锶这些常用于原子钟研发的原子体系，镥对温度、磁场扰动的抗干扰能力更强，环境波动不易改变离子跃迁频率，设备依托商用激光器件就可以在室温条件下运行。研究团队提出后续推进设备小型化改造，推动该装置走出实验室环境开展实际应用。

计量学界计划在 2030 年之后完成对 “秒” 的重新界定，届时有望改用光学时钟的可见光振荡频率，替代自 1967 年沿用至今的微波频率标准，镥元素成为构建新一代时间基准的备选对象。光学时钟拥有更高振荡频率，能够实现时间维度更精细的切分。

要实现秒的重新定义，这套计时装置还需要满足多项硬性指标，除达到规定精度门槛之外，还需要不同独立研究机构完成重复搭建与交叉比对，验证全球范围下的一致性和可复现性。这套镥原子钟的不确定度已经低于国际计量界设定目标，但仍需要完成多组跨团队对比测试。