19桁目の計時
シンガポール国立大学量子技術センターのチームは、これまでで最も正確な原子時計を構築したと発表した。装置は単一のルテチウムイオンを使い、原子の振動を小数点以下19桁まで測定する。研究者らは約1×10⁻¹⁹の不確かさを報告し、光原子時計として記録された中で最低となった。この研究は9月23日にネイチャーに掲載された。
光時計は、原子がエネルギー状態を変えるときに吸収する光を数えることで動作する。その周波数が安定しているほど、時計は優れている。ルテチウムの遷移は温度や磁場に異常に敏感でないことが役立っている。
二つの時計、一つの答え
設計を試験するため、チームは二つの時計を構築し、200時間並行して動かした。二つは5.7×10⁻¹⁹以内で一致した。研究者らによると、これはこれまで報告された二つの時計の最も精密な比較である。
チームはまた、時計遷移を定義するためにハイパーファイン平均化と呼ぶ技法を発明し、イオンの高さを1ミリ未満まで測定した。高さのわずかな違いは、重力が時間の進み方を変えるため重要である。
なぜ重要か
より正確な時計は、物理学者が自然定数が時間とともに変化するかを試すのに役立ち、秒の新しい定義を支える可能性がある。現在の定義はセシウムに基づき、マイクロ波周波数で刻む。光時計は数十万倍速く動くため、構築は難しいがはるかに精密である。
この成果は、前の記録保持者より41パーセントの改善だとチームは述べる。この分野の他の研究者は、記録の主張は不確かさの測定方法に依存し、そのような設計を実験室から出すには数年かかると警告している。それでも、二つの独立した時計の比較は測定に異例の重みを与える。研究者らは今後、不確かさを減らすためにさらなる運用を計画している。