光钟的新记录

最新一期NaturePhysics发表了一篇评论文章“Time keeper in the futher”，（http://www.nature.com/nphys/journal/vaop/ncurrent/full/nphys2834.html）, 介绍光钟目前的进展情况，探讨了秒定义的修改，以及如何用精密测量来探索新的物理现象。

上图是原子钟不确定度的进展情况。蓝色圆点是Cs原子钟的不确定度演化。绿色正方形点是光钟和Cs钟比对的不确定度。当然它不可能超过Cs本身。红色三角形点是光钟自己比对的不确定度。可以看到，它已经优于Cs钟了。

图中最下面的红点之一就来自于最新Nature网站上的文章。Nature. 2014-01.doi:10.1038/nature12941.JILA叶军小组的Sr钟的最新记录。光钟的精确度和稳定度都达到了10^-18量级。两个Sr钟的比对不确定度为5.4x10^-17.

相比以前结果，这篇文章做了几个改进。首先是超稳腔的改进。超稳腔由原来175px变成1000px，稳定度由1x10^-15变成了1x10^-16.

第二个大的改进是增加光晶格的光束半径，减少原子团的密度。光阱体积是以前的100倍，因此原子密度大大降低，目前评估的碰撞频移不确定度为6x10^-19.

第三个改进，也是最大的一个改进是黑体辐射的控制。整个实验装置现在在一个屏蔽盒子中，并且在原子附近加装了一个传感器，监视温度。实验过程中，温度的不确定度在26.7mK。结合Sr的高精度极化率测量，就可以计算出黑体辐射的频移和不确定度。评估的黑体辐射不确定度为4.1x10^-18.如下图，

除了上面说的两个效应，文章中给出了其他系统误差的评估

图（a）是光频移的效应。文章中对光晶格激光进行了非常精密的锁定和控制。（b）是磁场的影响。文章中用原子本事作为sensor来探测磁场。可以看到，如果磁场变化了，扫频曲线就会变化。如果发现变化，可以调节偏置磁场线圈达到所需要磁场环境。达到锁定磁场的目的。每两分钟锁定一下。（c）图是探测剩余电场的影响。如果窗口上有剩余电场，当你在电极上加正负电压，频率会不对称。当解决了剩余电场问题，频移就对称了。

文章中给出了各种不确定性的表格。