国防科大研究团队成功实现汞离子俘获

科学网(记者程戈通讯员许逊)近日，国防科技大学光频标研究小组成功捕获汞离子，并通过专家测试和定期验收。这标志着该团队在2013年突破深紫外连续激光技术后，再次征服了“捕获汞离子”的关键技术。到目前为止，中国的科技工作者在发展汞离子光学时钟方面已经迈出了重要的一步。

光学时钟是目前最精确的时间测量工具。目前，汞离子光学时钟是世界公认的最困难的光学时钟系统之一。它不仅可以用于量子精密测量，还可以用于深空探测和提高卫星导航系统的精度。它的精确度比现有的微波原子钟高3到5个数量级，其不确定性可低至10到负18次方，相当于一秒钟不到100亿年的运行时间。

据介绍，与其他光学时钟系统相比，汞离子光学时钟具有更简单的能级结构，更大的能级间距，对环境变化的敏感度更低，更容易产生稳定可靠的原子钟跃迁信号。然而，很难实现:首先，所需的深紫外连续激光极难实现；其次,“捕获”条件极其苛刻，因为汞离子质量大，需要大的高频电场电压，并且容易与真空实验环境中的残余氢和其他物质反应。目前，世界上只有美国标准与技术研究所(NIST)实施了该系统。

在国家“863”计划和国家自然科学基金的支持下，国防科技大学光频标准研究团队从2011年开始从事这项研究，并于2013年首次攻克了深紫外连续激光技术。这一次，研究人员采用了离子阱的方法，在目标汞离子周围建立了一个类似高频电场的“橡皮圈”来“俘获”它们，成功地克服了汞离子俘获技术，并克服了汞离子光学时钟系统开发的另一个困难。

据报道，目前的时间和频率标准是在1967年国际计量会议上通过的。近半个世纪以来，人们一直用铯原子的能级跃迁时间来定义秒。国际组织正计划重新定义秒。如果相关研究取得进一步进展，中国科学家和技术人员有望参与。