研究亮点:重写下一秒的光学晶格时钟

公制标准中心

重写下一秒的光学晶格时钟
实现全球首次大容量运行半年!
  • 物理测量标准研究部小林拓海

要点

时间是全世界人民共享的重要社会基础设施。随着各国研究朝着重新定义秒的方向不断进展,我们已经利用新技术实现了光学晶格钟的高运行率运行。准确检查下一个时代的每一秒的测量领域的研究将为从世界时间基础设施到未来科学的一切提供支持。我们采访了计量中心物理测量标准研究部时间标准研究组的高级研究员 Takumi Kobayashi,他因这项研究获得了 AIST 最佳论文奖。

这项研究很棒以本文为证据,为国际原子时 (TAI) 和协调世界时 (UTC) 的运行做出贡献!
我们在国际上获得了高度评价,包括受邀在国际会议上做报告以及参与国际联合研究。

是什么让您能够取得世界第一的成绩?

小林光晶格时钟装置非常复杂,只要有人进入实验室就会导致温度不稳定。通过结合新的自动化和远程无人操作技术,实现了高运转率。此时正值新型冠状病毒爆发,远程移动实验设备的趋势日益明显,这也产生了重大影响。

虽然各国因封锁而入住率较低,但我们的入住率持续六个月保持在 80% 以上。论文发表已经过去四年了,但仍然没有超越这一结果的记录。日本和国外的其他机构正在开展不同规模的研究,在开发和与公司合作方面花费大量资金。 AIST能够在如此激烈的竞争中展现出世界领先的成果。

结合了激光和其他元素的复杂设备的照片
结合了激光器和其他设备的复杂设备

在国内外受到高度赞扬的感觉如何?

小林虽然我的论文是在 2020 年发表的,但我的印象是这些年来它在国内和国际上都得到了认可。我还能够参加一项与欧洲国家进行比较实验的国际联合研究,从研究成果中我感受到了希望和进步。我还收到了2024年邀请演讲的邀请。

为了修订国际单位制时间单位秒的定义,各国必须合作开发更多“时钟”,能够在更长的时间内准确监测国际原子时 (TAI) 和协调世界时 (UTC),并提供冗余。我们认为,“时钟”的研究方向可以分为提高运转率和提高精度。在精度矢量方面,东京大学/RIKEN香取教授课题组和美国研究机构正在追求精度的极致,并在推进重新定义秒的国际讨论中发挥着重要作用。我认为我们并没有追求与这些研究机构相同的方向,而是因为追求不同的方向而受到赞扬:利用率。 2024年,我受邀来到美国国家标准技术研究院(NIST),有机会学习前沿技术。未来,我们的目标不仅是提高运行率,还要提高准确性,并增加对 TAI 和 UTC 的贡献。

另请告诉我们基于此结果的任何新结果。

小林除了为 TAI 和 UTC 做出贡献之外,我们还将光学晶格时钟的高可用性操作应用于寻找新的物理定律。一篇著名的物理学杂志发表了一篇论文,内容涉及利用精确时钟探测暗物质的研究,据说暗物质存在于宇宙中。*1已发布。我还收到了关于这项研究的特邀讲座的邀请。

我本来在研究生院学的是粒子物理,我对这个领域也很感兴趣。我觉得我不仅能够证明研究光学晶格钟的可能性,而且还能够帮助阐明物理学的奥秘。

维修零件照片
AIST光学晶格钟的主要部件是自制的。小林负责复杂设备的所有设计和维护

我想让你知道这一点支持全球基础设施的其他研究机构无法比拟的研究
我们还将为科学的进步做出贡献,例如寻找新的物理定律。

您目前正在进行什么类型的研究?

小林例如,有很多事情需要讨论和研究,比如为重新定义秒设定目标值,以及技术进步创造出新的时钟系统和运行方法。至于AIST,我希望增加我们对TAI和UTC的贡献以及我们在国际组织中的发言权,并更加致力于事情的决策。

时间是通用基础设施。它影响从工业到金融和通信的方方面面。光学晶格时钟技术支持所有这些标准的准确性。我们将继续为保护时间做出贡献,时间不能停止或转移,而且时间在世界各地都是平等的。

实验室实验设备照片

您将来想和谁在一起?

小林您可以像我一样拥有粒子物理学背景,但也许核物理学是最好的匹配?对于那些具有所谓冷原子或激光冷却实验领域背景的人来说,这可能是一个很好的匹配。然而,不仅冷原子的实验技术很重要,而且使用光学频率梳的激光测频技术、光学或微波传输技术以及使用GPS卫星的远程时间比较技术也很重要,所以我认为来自不同背景的人都可以参与其中。

我们的主要使命是提高光学晶格钟的运行速度和精度。然而,我相信这是一个有价值的组织,你不仅可以进行研究来完成任务,还可以在基础领域工作,例如寻找暗物质,以及贴近你自己兴趣的研究。我希望看到更多的年轻人加入进来。

如果您对此研究感兴趣,请与我们联系。

 

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