多伦多大学物理学家近日宣布，他们成功研制出全球首款低温单离子光学原子钟，其精度有望达到现有最先进时钟的100倍。这一突破不仅可能推动铯原子钟体系的更新换代，更将为精确计时和基础科学研究带来变革性影响。
物理学系副教授阿马尔·乌塔指出，精确的时间与频率测量是整个物理单位体系的基础。提升计时设备的精度，意味着强化所有物理测量的根基。从导航系统到通信网络，从金融交易到科学研究，精确计时在各个领域都扮演着关键角色。
传统原子钟依赖微波产生稳定的"滴答声"，而新一代光学原子钟则采用可见光激光器。由于可见光频率比微波高约10万倍，光学原子钟的精度实现了质的飞跃，可精确到小数点后18位。这种精度提升源于原子量子振动与激光电磁场振荡的同步机制——原子像音叉一样确保激光频率的稳定。
研究团队的创新在于开发出全球首个低温单离子阱技术。他们通过电磁场捕获单个锶原子，并利用该原子与激光的同步来确保计时稳定性。这项技术同样采用光学激光器，但通过极端低温环境解决了主流光学原子钟面临的精度瓶颈。
当前光学原子钟的主要限制来自环境热辐射。金属真空容器发出的红外光会干扰作为"音叉"的调节原子，从而影响时钟稳定性。为突破这一障碍，研究团队将单个锶原子冷却至低于5开尔文的极低温环境——仅比绝对零度高不到5度。在这种接近绝对零度的条件下，热辐射干扰被彻底消除，使时钟精度达到前所未有的水平。
这种超高精度计时设备将在多个科学领域产生连锁反应。它不仅能提升基本电气单位（如安培、伏特）的定义精度，更为前沿物理学研究提供了强大工具。物理学家可以利用这种极致精确的时钟检验自然界基本常数（如光速和普朗克常数）是否恒定不变。
阿马尔·乌塔教授解释道，如果基本常数随时间变化，这将颠覆我们对宇宙基本规律的理解。新型原子钟的问世，不仅意味着更准确的时间测量，更可能开启物理学研究的新维度，帮助科学家探索宇宙最深层的奥秘。
