英國《自然》雜志29日在線發表的一項物理學研究指出，下一代光學原子鐘已經能比現有方法更精確地測量地球表面時空的引力扭曲。這一成果可用于探測引力波、檢測廣義相對論以及尋找暗物質。

時間的流逝并非絕對，而是取決于給定的參照標準。因此，時鐘的測量很容易受到相對速度、加速度和重力勢的影響。重力勢增加會導致山頂的鐘比地面的鐘走得更快。為了對引力場中不同位置的鐘進行比對，就需要一個共同的參照面。

原子鐘的原理是利用原子周圍電子從激光吸收能量，在高低能態間躍遷來計時。現有原子鐘主要使用的是氫、銫和銣等原子，gps系統主要使用的是同位素銫-133，但銫原子電子每秒只能移動90億次，而鍶原子內電子每秒移動速度接近1000萬億次，因此在制造精準原子鐘方面更有潛力。

在美國實驗天體物理學聯合實驗室工作的葉軍帶領團隊一直潛心于鍶原子鐘的設計，并在2014年研制出當時世界最精準的光學鍶原子鐘，與銫原子鐘3億年會出現1秒誤差的精度相比，將鍶原子用激光囚禁成線性陣列的鍶原子鐘，其精度達到每150億年（相當于宇宙年齡）才誤差1秒，打破了當時的原子鐘精確度紀錄。此次新研究中，葉軍團隊再次打破紀錄，將鍶原子鐘的精確度再提高了20%。他們將鍶原子冷卻到-273攝氏度，使得原子變成類似費米子的量子氣體，其行為方式更像波動性，從而避免線性結構中原子間碰撞作用對時間測量精度的影響。

此次，美國國家標準與技術研究院（nist）科學家威廉姆·麥克盧及其同事，根據三個基準表征了兩個鐿原子光晶格鐘。科學家們報告稱，以鐘頻為單位，系統不確定度為1.4×10-18，測量不穩定度為3.2×10-19，并能通過反復本地頻率比對，達到不同鐘頻差為10-19量級的再現性。如此高的精確度，已經可以確保大地水準面測定的不確定度小于1厘米，遠超過現有技術。

他說，ligo的探測離不開材料、鍍膜、隔震、激光、真空，超級計算機、數據分析等各方面研究人員的努力，其中中國科學家也做出了許多貢獻。

“引力波是一個有著巨大潛力的學科，這一次的探測并不是終點，很有可能帶來一批諾貝爾獎級別的發現。”胡一鳴說。

中國是全球第二大經濟體。伴隨經濟高速增長，近年來，中國的科技創新水平也取得了長足進步，探月工程、高鐵、大飛機等都是中國科技發展的標志。中國科研投入雖然不菲，但整體上還是偏重應用，對于發現引力波之類的基礎研究投入相對不足。探測引力波項目等動輒需要投入幾十億甚至上百億資金的重大基礎研究項目，在中國還十分少見。

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