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日前，國際計量局官網(wǎng)更新了國際“秒”定義候選躍遷頻率的推薦值，中國科學(xué)院精密測量院高克林團隊研發(fā)的鈣離子光頻標的測量結(jié)果成功入選。這是中國第一次推動一種新的元素躍遷頻率正式列名下一個“秒”定義候選。中國團隊在精準計時領(lǐng)域跑出了一條新賽道。

據(jù)悉，按照2015年國際計量局國際時間頻率咨詢委員會(CCTF)給出的修改“秒”定義路線圖，2026年前后國際計量局將基于光頻標測量結(jié)果，對“秒”的定義進行一次重新修訂。屆時，中國團隊研發(fā)的鈣離子光頻標將和國際上的其他光頻標同臺競爭。

目前，“秒”的嚴格定義是1967年國際計量大會基于銫原子躍遷頻率而做出的：1秒等于銫133原子基態(tài)兩個超精細能級之間躍遷對應(yīng)輻射的9192631770個周期(原子微波秒)。

本世紀初，冷原子和激光技術(shù)快速發(fā)展，光頻標(一種高精度測量原子躍遷頻率的科學(xué)儀器)的測量精度不斷提高，用光頻來測量原子遷躍比微波要高出4-5個數(shù)量級。2017年第21屆CCTF會議就提出，下一步“秒”的定義將基于光頻標測量的原子躍遷頻率，且精度(不確定度)應(yīng)達到E-18量級(等效于約100億年偏差不到1秒)。

世界各國都希望自己研發(fā)的光頻標測量結(jié)果能成為下一個“秒”定義的候選標準。截至目前，美、日、德等國相繼開發(fā)了鍶原子、鐿原子、鋁離子、鐿離子的光頻標，精度都達到了E-18量級，入選“秒”定義的候選光頻標體系。

在從事囚禁離子物理研究多年后，2000年，高克林團隊開始了鈣離子光頻標的研究。2005年，實現(xiàn)了單個鈣離子的囚禁和冷卻;2011年，研制出了國內(nèi)首臺1300萬年偏差1秒的鈣離子光頻標;2016年將精度提升至2億年偏差1秒;2019年，這個精度提升至近10億年偏差1秒;2022年4月，他們又研制出105億年偏差1秒的鈣離子光頻標，精度達到3E-18，這也是世界上首次實現(xiàn)液氮低溫光頻標。

2020年，高克林團隊實現(xiàn)鈣離子光頻標在系統(tǒng)集成化、可靠和高精度運行等關(guān)鍵技術(shù)上的突破，研制成功一臺可搬運鈣離子光鐘，精度達24億年偏差1秒，實現(xiàn)了武漢至北京的千公里級車載搬運，由此開展高精度光鐘的應(yīng)用。

此前，國際計量局于2012年、2015年、2017年三次采納了中國團隊E-15量級的測量結(jié)果;可搬運光鐘在北京實現(xiàn)本地基準鐘的溯源測量，將鈣離子光頻測量精度推進到E-16量級。如今，國際計量局第四次采納了中國結(jié)果，并將鈣離子光頻標的測量結(jié)果新增為國際秒定義候選。由此，在國際時間計量領(lǐng)域增加了中國權(quán)重。

(記者周劼通訊員楊婷婷)