2022年度科学突破奖公布：基础物理学突破奖促进光学晶格原子钟发展

近日，2022年度科学突破奖（Breakthrough Prize）公布获奖名单。今年的基础物理学突破奖由东京大学的Katori Hidetoshi和科罗拉多大学的Jun Ye获得。他们的研究为光学晶格原子钟的发展奠定了基础。 

光钟以光频率运行，光频率是电磁波谱上可见光的频率。另一方面，原子钟测量原子的微波频率。更高的频率会让钟表的计时更加精确。 
 
光学钟和原子钟都非常精确。原子钟非常精确，大约每 1 亿年就会缩短一秒；作为参考，石英钟平均每两年会减少一秒。另一方面，而这两位科学家发明的光学晶格钟每150亿年才会减少一秒，使其成为世界上最准确的时钟。 
 
150亿年也恰好是宇宙的大致年龄，所以如果在宇宙大爆炸那一刻这个钟就诞生的话，它只会比今天的时间晚一秒。  通过激光，研究人员将锶原子冷却到略高于绝对零值，然后这些原子被困在称为光学晶格的激光网格中（时钟的名称由此而来）。目前，国际制秒（SI 秒）就是使用铯原子定义的，但研究人员正在考虑用锶代替铯来创建新标准。 
 
拥有世界上最准确的计时仪器不仅非常有用，而且还可以让研究人员了解宇宙的基本方面。叶实验室的研究人员观察到，当时钟向地面移动几厘米时，时钟测量的时间会变慢。这与爱因斯坦著名的相对论是一致的。 
 
光学晶格钟还将对天体物理学领域产生天文效应。例如，能够精确同步世界各地天文台的时钟将使研究人员能够对黑洞进行更准确的测量，从而使我们能够更好地了解它们。根据爱因斯坦的相对论，当接近大质量物体时，时间会变慢。由光学钟测量的轻微时间变化可以告诉我们固体岩石下是否有熔岩、沙漠下有多少水或海洋的大致深度。 
 
像许多新发现一样，这项技术只存在于实验室中，所以叶的下一步是弄清楚如何使其便携，以便任何地方的科学家都可以使用他的时钟。