英國《自然》雜志29日在線發(fā)表的一項(xiàng)物理學(xué)研究指出，下一代光學(xué)原子鐘已經(jīng)能比現(xiàn)有方法更精確地測量地球表面時(shí)空的引力扭曲。這一成果可用于探測引力波、檢測廣義相對論以及尋找暗物質(zhì)。

　　時(shí)間的流逝并非絕對，而是取決于給定的參照標(biāo)準(zhǔn)。因此，時(shí)鐘的測量很容易受到相對速度、加速度和重力勢的影響。重力勢增加會(huì)導(dǎo)致山頂?shù)溺姳鹊孛娴溺娮叩酶?。為了對引力場中不同位置的鐘進(jìn)行比對，就需要一個(gè)共同的參照面。

　　原子鐘的原理是利用原子周圍電子從激光吸收能量，在高低能態(tài)間躍遷來計(jì)時(shí)?，F(xiàn)有原子鐘主要使用的是氫、銫和銣等原子，GPS系統(tǒng)主要使用的是同位素銫-133，但銫原子電子每秒只能移動(dòng)90億次，而鍶原子內(nèi)電子每秒移動(dòng)速度接近1000萬億次，因此在制造精準(zhǔn)原子鐘方面更有潛力。

　　在美國實(shí)驗(yàn)天體物理學(xué)聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室工作的葉軍帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)一直潛心于鍶原子鐘的設(shè)計(jì)，并在2014年研制出當(dāng)時(shí)世界最精準(zhǔn)的光學(xué)鍶原子鐘，與銫原子鐘3億年會(huì)出現(xiàn)1秒誤差的精度相比，將鍶原子用激光囚禁成線性陣列的鍶原子鐘，其精度達(dá)到每150億年（相當(dāng)于宇宙年齡）才誤差1秒，打破了當(dāng)時(shí)的原子鐘精確度紀(jì)錄。此次新研究中，葉軍團(tuán)隊(duì)再次打破紀(jì)錄，將鍶原子鐘的精確度再提高了20%。他們將鍶原子冷卻到-273攝氏度，使得原子變成類似費(fèi)米子的量子氣體，其行為方式更像波動(dòng)性，從而避免線性結(jié)構(gòu)中原子間碰撞作用對時(shí)間測量精度的影響。

　　此次，美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院（NIST）科學(xué)家威廉姆·麥克盧及其同事，根據(jù)三個(gè)基準(zhǔn)表征了兩個(gè)鐿原子光晶格鐘。科學(xué)家們報(bào)告稱，以鐘頻為單位，系統(tǒng)不確定度為1.4×10-18，測量不穩(wěn)定度為3.2×10-19，并能通過反復(fù)本地頻率比對，達(dá)到不同鐘頻差為10-19量級的再現(xiàn)性。如此高的精確度，已經(jīng)可以確保大地水準(zhǔn)面測定的不確定度小于1厘米，遠(yuǎn)超過現(xiàn)有技術(shù)。

　　他說，LIGO的探測離不開材料、鍍膜、隔震、激光、真空，超級計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)分析等各方面研究人員的努力，其中中國科學(xué)家也做出了許多貢獻(xiàn)。

　　“引力波是一個(gè)有著巨大潛力的學(xué)科，這一次的探測并不是終點(diǎn)，很有可能帶來一批諾貝爾獎(jiǎng)級別的發(fā)現(xiàn)?！焙圾Q說。

　　中國是全球第二大經(jīng)濟(jì)體。伴隨經(jīng)濟(jì)高速增長，近年來，中國的科技創(chuàng)新水平也取得了長足進(jìn)步，探月工程、高鐵、大飛機(jī)等都是中國科技發(fā)展的標(biāo)志。中國科研投入雖然不菲，但整體上還是偏重應(yīng)用，對于發(fā)現(xiàn)引力波之類的基礎(chǔ)研究投入相對不足。探測引力波項(xiàng)目等動(dòng)輒需要投入幾十億甚至上百億資金的重大基礎(chǔ)研究項(xiàng)目，在中國還十分少見。