美隆電子有限公司

期日:

2006年12月29日

更精準的新一代原子鐘方案呼之欲出

新一代原子鐘(atomic clock)的候選方案將是以重金屬鍶(strontium)為基礎，並採用雷射晶格(laser lattice)懸浮超級冷卻過

原子。此一技術將可獲得430THz的時間基準──即是比目前9.19GHz銫(cesium)基原子鐘精準4萬倍。

美國商務部國家標準技術學會(the Commerce Department's National Institute of Standards and Technology，NIST)已在科

羅拉多大學(the University of Colorado)和天體物理學共同研究會(the Joint Institute for Laboratory Astrophysics ，JILA)的協助下，

實際展示了鍶基原子鐘。

目前的標準原子鐘基於微波頻率載波，是下一代原子鐘四大候選方案之一。每個候選方案都工作於光頻率，以將時脈時間

基準從gigahertz提高到terahertz範圍。最終勝出的候選方案將由國際標準局(BIPM)時間和頻率顧問委員會(the Consultative

Committee for Time and Frequency)選定。

NIST院士兼首席研究員Jun Ye表示：「我們看好鍶基原子鐘，是因為它以許多中性原子為基礎，

讓精密度大幅提高。」鍶基原子鐘與銫基原子鐘一樣也利用雷射來約束並冷卻原子，但採用了

名為“光頻率梳(optical frequency comb)”的新型測量方法來鎖定自然諧振頻率。光頻率梳是基

於雷射的頻譜測量技術，採用干擾效應生成超精確飛秒級脈衝的參考時間。

Ye的小組利用這些脈衝精確調整雷射頻率，使其與鍶原子的自然諧振頻率(430THz)相匹配。據

研究人員稱，結果研製出了精確度更高的原子鐘。NIST研發的另外一種候選材料單水銀離子基原

子鐘時間頻率比鍶基方案更高，但缺點是訊號太弱。「我們的鍶基原子鐘利用數萬個鍶原子產生

非常強的訊號。」 Ye表示。

鍶基方法還可望用於未來量子電腦的儲存機制。經過改進的原子鐘將使更精確的導航和定位系統

、更優良的通訊網路成為可能，還能幫助研究人員更好地驗證有關實體基本定律的理論。

水銀原子鐘　精準度可持續4億年

物理學家在單個水銀原子上建構實驗原子鐘時發現，水銀原子鐘(Mercury atoms)的穩定性比銫原子鐘(cesium atoms)更好。

美國National Institute of Standards and Technology (NIST)表示，該實驗鐘比建構在銫原子基礎上的國家標準時間精確5倍。

驗鐘在NIST於2000年所做的原始展示上進行了改進，對超冷電磁圈(super-cold electromagnetic trap.)中保持的充電水銀離子

的自然振盪進行了測量。該技術在光學頻率點產生了“滴答聲”，那些光學頻率比在銫原子中測得的微波頻率要高得多。研

究人員表示，改進是設立在對水銀時鐘中系統攝動的良好理解基礎上的。

NIST的研究人員聲稱，如果連續工作的話，目前基於銫原子的國家標準時間大約每7,000萬年慢或快1秒；而最新版的、基

於水銀的原子鐘連續工作4億年都不會快或慢1秒。