日前，國際計(jì)量局官網(wǎng)更新了國際“秒”定義候選躍遷頻率的推薦值，中國科學(xué)院精密測量院高克林團(tuán)隊(duì)研發(fā)的鈣離子光頻標(biāo)的測量結(jié)果成功入選。這是中國第一次推動(dòng)一種新的元素躍遷頻率正式列名下一個(gè)“秒”定義候選。中國團(tuán)隊(duì)在精準(zhǔn)計(jì)時(shí)領(lǐng)域跑出了一條新賽道。

據(jù)悉，按照2015年國際計(jì)量局國際時(shí)間頻率咨詢委員會(huì)(CCTF)給出的修改“秒”定義路線圖，2026年前后國際計(jì)量局將基于光頻標(biāo)測量結(jié)果，對(duì)“秒”的定義進(jìn)行一次重新修訂。屆時(shí)，中國團(tuán)隊(duì)研發(fā)的鈣離子光頻標(biāo)將和國際上的其他光頻標(biāo)同臺(tái)競爭。

目前，“秒”的嚴(yán)格定義是1967年國際計(jì)量大會(huì)基于銫原子躍遷頻率而做出的：1秒等于銫133原子基態(tài)兩個(gè)超精細(xì)能級(jí)之間躍遷對(duì)應(yīng)輻射的9192631770個(gè)周期(原子微波秒)。

本世紀(jì)初，冷原子和激光技術(shù)快速發(fā)展，光頻標(biāo)(一種高精度測量原子躍遷頻率的科學(xué)儀器)的測量精度不斷提高，用光頻來測量原子遷躍比微波要高出4-5個(gè)數(shù)量級(jí)。2017年第21屆CCTF會(huì)議就提出，下一步“秒”的定義將基于光頻標(biāo)測量的原子躍遷頻率，且精度(不確定度)應(yīng)達(dá)到E-18量級(jí)(等效于約100億年偏差不到1秒)。

世界各國都希望自己研發(fā)的光頻標(biāo)測量結(jié)果能成為下一個(gè)“秒”定義的候選標(biāo)準(zhǔn)。截至目前，美、日、德等國相繼開發(fā)了鍶原子、鐿原子、鋁離子、鐿離子的光頻標(biāo)，精度都達(dá)到了E-18量級(jí)，入選“秒”定義的候選光頻標(biāo)體系。

在從事囚禁離子物理研究多年后，2000年，高克林團(tuán)隊(duì)開始了鈣離子光頻標(biāo)的研究。2005年，實(shí)現(xiàn)了單個(gè)鈣離子的囚禁和冷卻;2011年，研制出了國內(nèi)首臺(tái)1300萬年偏差1秒的鈣離子光頻標(biāo);2016年將精度提升至2億年偏差1秒;2019年，這個(gè)精度提升至近10億年偏差1秒;2022年4月，他們又研制出105億年偏差1秒的鈣離子光頻標(biāo)，精度達(dá)到3E-18，這也是世界上首次實(shí)現(xiàn)液氮低溫光頻標(biāo)。

2020年，高克林團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)鈣離子光頻標(biāo)在系統(tǒng)集成化、可靠和高精度運(yùn)行等關(guān)鍵技術(shù)上的突破，研制成功一臺(tái)可搬運(yùn)鈣離子光鐘，精度達(dá)24億年偏差1秒，實(shí)現(xiàn)了武漢至北京的千公里級(jí)車載搬運(yùn)，由此開展高精度光鐘的應(yīng)用。

此前，國際計(jì)量局于2012年、2015年、2017年三次采納了中國團(tuán)隊(duì)E-15量級(jí)的測量結(jié)果;可搬運(yùn)光鐘在北京實(shí)現(xiàn)本地基準(zhǔn)鐘的溯源測量，將鈣離子光頻測量精度推進(jìn)到E-16量級(jí)。如今，國際計(jì)量局第四次采納了中國結(jié)果，并將鈣離子光頻標(biāo)的測量結(jié)果新增為國際秒定義候選。由此，在國際時(shí)間計(jì)量領(lǐng)域增加了中國權(quán)重。

(記者周劼通訊員楊婷婷)