美國國家標準與技術研究院（NIST）創造了最新的世界紀錄，推出了全球最精確的鋁離子光學原子鐘。這款時鐘的時間測量精度達到19位小數點，較之前的紀錄提升了41%，穩定性則提高了2.6倍，成為新的時間測量標準。
鋁離子鐘的精度紀錄是經過二十年的不斷改進而來。光學原子鐘通過激光追蹤超冷帶電原子（即離子）的振動來精確測量時間。儘管銫原子鐘長期以來是標準，但新的鋁離子鐘因技術進步而逐漸成為更穩定和更精確的時間測量工具。
這款鋁離子鐘的核心是一個鋁離子，以其極為穩定的高頻“滴答”聲而聞名，這使得它的穩定性超越了目前定義科學秒的銫原子。然而，鋁離子在操作上有其挑戰，因為它相對難以獨立工作。因此，NIST 團隊提出了一個有趣的解決方案：將鋁離子與鎂離子配對。鎂離子易於用激光控制，並且能夠幫助鋁離子降溫，從而使其“滴答”聲得以被讀取。
實現這一精度並非易事，時鐘的每一個組件都必須經過完善。其中一個主要挑戰是離子陷阱。微小的離子運動稱為過量微運動，會影響時鐘的準確性。團隊重新設計了陷阱，使用更厚的鑽石晶圓並修改金屬鍍層以消除這些干擾。通過改進陷阱，團隊成功減緩了離子的運動，使其能夠穩定“滴答”。
真空腔的設計也至關重要。普通的鋼製真空腔會釋放氫氣，干擾精密的離子。因此，團隊用鈦重建了真空腔，將背景氫氣減少了150倍，使得時鐘可以運行數天，而不僅僅是幾分鐘而不需要重置。
最後，該時鐘使用了一種世界上最穩定的激光。這種超穩定激光來自於NIST聯合研究所JILA的Jun Ye博士實驗室。激光束通過光纖鏈路傳輸3.6公里（超過2英里）到達NIST，頻率梳（作為“光的尺”）使鋁離子鐘的激光獲得了卓越的穩定性。這一技術使鋁鐘的激光達到了前所未有的穩定性，將測量所需的時間從數周縮短至僅一天半。
這款新型時鐘將為重新定義秒提供支持，並為科學和技術的重大進展鋪平道路。這些升級有助於探索新的量子物理概念和發展量子技術。此外，它還可能成為測量地球地理形狀、空間方向和重力場的重要工具，並調查超出標準模型的物理學，甚至探索基本常數是否並非固定值的可能性。
在四月，NIST還宣布創建了NIST-F4，這是一款被認可為全球最精確的原子鐘之一。相關研究成果已發表於《物理評論快報》期刊。
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