重写下一秒的光晶格时钟

重写下一秒的光晶格时钟

2025/08/15

重写下一秒的光晶格时钟 实现全球首次大容量运行半年！

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演讲和参与国际联合研究。

──是什么让你能够取得这个世界第一的成果？

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变得不稳定。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，实验设备远程测试的势头也是一大因素。

　虽然各国光点阵钟因封城而开工率较低，但我们连续半年保持了80%以上的开工率。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。

──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，多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。我还被邀请在 2024 年做一个邀请演讲。

　为了修改国际单位制中的时间单位秒的定义，各国必须合作开发更多的“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香取英俊教授课题组和美国研究机构正在追求极致的精度，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。

──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。

　我本来在研究生的时候学的是粒子物理，我也对这个领域很感兴趣。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。

[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。

　时间是一个通用的基础设施。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。

──你以后想和谁在一起？

小林如果您像我一样有粒子物理学背景也没关系，但最好的匹配是核物理学。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。

　如果您对这项研究感兴趣，请联系我们。

新闻稿
AIST：全球首次实现光晶格钟高可用性运行半年
AIST：用光学晶格钟和铯原子喷泉钟挑战暗物质的搜索

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获奖论文：小林 T、赤松 D、保坂 K、久井 Y、和田 M、稻叶 H、 和安田 M (2020)。演示171Yb光学晶格钟近乎连续运行半年。计量学, 57(6), 065021.
*2:小林 T、高见泽 A、赤松 D、川崎 A、西山 A、保坂 K、 和安田 M (2022)。从光学和微波原子钟的长期频率比较中寻找超轻暗物质。物理评论信, 129(24), 241301.[返回来源]