9月12日，JILA（JILA是由美国国家标准与技术研究院（NIST）和科罗拉多大学博尔德分校运营的联合研究和培训机构）的Matthew A. Norcia, Aaron W. Young, William J. Eckner, Eric Oelker, Jun Ye, Adam M. Kaufman等人，在《科学》（Science）杂志上，发表了题为“Seconds-scale coherence on an optical clock transition in a tweezer array”的文章。

在该工组中，JILA物理学家展示了一种新颖的原子钟设计，它将近乎连续的操作与强信号和高稳定性相结合，这些特征以前在单一类型的下一代原子钟中并不存在。新的时钟使用激光“镊子”来捕获、控制和隔离原子，也提供了使用量子物理技巧提高时钟性能的独特可能性。

据文章显示，新时钟平台是一个由10个光学镊子逐一进行控制的10原子锶原子阵列。这些光学镊子由红外激光束产生的，红外激光束通过显微镜瞄准并反射到10个目标点。

虽然JILA研究人员尚未对新时钟的性能进行全面评估，但初步数据表明该设计很有前景。镊子时钟是“值班”的，在96％的时间内自动验证其性能，因为它需要很少的停机时间来准备新原子并且原子之间被很好地隔离，因此它们不太可能相互干扰。这两种优势都与世界领先的时钟之一共享，后者基于单个离子（带电原子）进行工作。镊子时钟还可以提供多原子晶格时钟（其将原子捕获在激光网格中）的强信号和稳定性。

“镊子时钟里镊子设计的长期性根植于这些能力的独特平衡，”JILA / NIST物理学家兼项目负责人Adam Kaufman说。

下一代原子钟可以将激光的颜色或频率稳定在两个能级之间“滴答”的原子上。镊子时钟分别捕获和控制原子以保持滴答稳定性并检测此行为而不会丢失它们，因此可以多次重复使用相同的原子而无需不断重新加载新原子。

“镊子设计解决了其他原子钟的各种问题，”考夫曼说。“使用我们的技术，我们可以保持原子并重复使用它们长达16秒，这可以改善占空比 - 使用原子滴答来校正激光频率所花费的时间 - 和精度。镊子时钟也可以非常迅速地将单个原子送入陷阱位置，这意味着干扰更少，并且您可以在更长的时间内获得更稳定的信号。”

NIST和JILA研究人员多年来一直在建造下一代原子钟。这些时钟在光学频率下工作，这比基于微波频率的当前时间标准高得多。这项研究正在帮助为未来的国际秒（自1967年以来秒定义基于铯原子）重新定义做准备。光学时钟除了计时之外尚有其它应用，例如基于重力测量（称为大地测量）测量地球的形状，寻找难以捉摸的被认为构成了宇宙中的大部分物质的暗物质，并且扩展了量子信息科学。

论文链接：

https://science.sciencemag.org/content/early/2019/09/11/science.aay0644?rss=1

新闻链接：

https://www.nist.gov/news-events/news/2019/09/jilas-novel-atomic-clock-design-offers-tweezer-control