光钟的新记录

科研也像竞技场，记录就是用来打破的。记得几个月前，我还写了一个文献随笔，介绍JILA达成世界上最好的光钟。没想到今天又看到了新的记录。日本Katori小组的光钟达到了10^-18量级，成为新的记录。

在光钟研究中，人们早认识到黑体辐射会造成钟频移，并且是一个主要的不确定因素。一个办法是测量原子的极化率，这样可以计算出黑体辐射造成的频移，从而减少误差。但是即便如此，黑体辐射还是一个主要的误差源。记得大家聊天也讨论过，能不能将整个实验环境冷却到很低温度，比如液氦温度，这样黑体辐射就可以大大降低了。但是一般来说，将实验环境降低到如此低温度，会有很多技术问题需要克服。因此真的看到有人有人这么做时（http://arxiv-web3.library.cornell.edu/abs/1405.4071），我还是大吃一惊。看来只要原理没问题，技术问题总是可以解决的。对于光钟这种精密测量来说，里面每一个细节都必须是完美的。不过这个文章最大的看点是将整个实验环境冷却到液氦温度区域。

下面是一个实验图，中间有一个150px³的腔体，和Stirling冷却机相联，可以冷却到95K。

由于可以控制实验腔体的温度，他们测量了钟频移和温度的关系，获得了一个非常漂亮的实验结果。

我们可以清楚看到，将腔体冷却到95K后，黑体辐射的频移可以降低好几个量级。这样通常占主要误差的黑体辐射频移就大大降低了。系统的不确定度为2x10^-18.两个同样的低温钟，两个月的测量差别在1x10^-18.这是一个非常好的新记录。不知这个记录能保持多久。希望不久将来，能有新的惊喜。

当然，文章最后给出了各种误差源的估计。