NIST原子钟精准度再突破：可帮助人类探索引力波和暗物质

导读：最近由美国国家标准与技术研究院（NIST）开展的测试中，实验性原子钟在三个指标上刷新了历史性能记录，意味着可以帮助人类更精准地测量地球的引力，以及检测难以捉摸的暗物质。

科学家正视图寻找测量时间的更准确方法。最近由美国国家标准与技术研究院（NIST）开展的测试中，实验性原子钟在三个指标上刷新了历史性能记录，意味着可以帮助人类更精准地测量地球的引力，以及检测难以捉摸的暗物质。

NIST时钟由1000个镱原子（ytterbium atoms）组成，悬浮在激光束网格中。这些激光每秒“滴答”数万亿次，并反过来让这些原子像节拍器一样在两个能量级别上来回闪烁。通过对这些原子的测量可确保原子钟时间的精准性，在某些情况下每3亿年误差1秒钟。

但这种误差仍有改善的空间。NIST通过为这些设备增加热屏蔽和电屏蔽。通过对比两个实验性原子钟，NIST科学家发现这些设备在系统不确定性（systematic uncertainty）、稳定性（stability）和可重复性（reproducibility）三个指标中达到新的记录。

系统不确定性指的是时钟的刻度与其内部原子的自然振动的匹配程度。根据团队的说法，原子钟在一个五分之一的误差范围内是正确的（10的18次方）。稳定性衡量时钟嘀嗒声随时间变化的程度。在这种情况下，NIST时钟在一天中在1019（10的19次方）中稳定在3.2个部分内。最后，通过比较两个原子钟保持同步的程度来衡量可重复性。检查两个时钟10次，团队发现他们的滴答频率差异在几分之内。

精准度的新高度，意味着原子钟可以帮助我们比以往更精确地测量重力。由于目前已知的重力会扭曲时间的流逝（在太空中的原子钟速度要比地面慢），因此全新的原子钟可以通过测量时间来反向测量重力。

此外更精准的原子钟还能帮助测量地球的引力形状，精确到1厘米范围以内，比当前最好技术精确数倍。原子钟还可以帮助探测引力波，引力波是由宇宙大灾变引起的时空结构中的涟漪。它们甚至可以帮助寻找暗物质，而暗物质迄今仅通过其引力相互作用而闻名。