Sådan nåede Singapores lutetium-atomur en usikkerhed på 10⁻¹⁹

Hvor nøjagtigt kan man måle tid? Forskergruppen omkring Murray Barrett ved Centre for Quantum Technologies, som er knyttet til National University of Singapore, har udviklet et optisk atomur med lutetium. I et resultat offentliggjort i Nature den 23. september 2026 rapporterer gruppen en relativ frekvensusikkerhed nær 1 × 10⁻¹⁹ – ifølge forskerne den laveste, der hidtil er rapporteret for et optisk atomur.306

Det afgørende er ikke blot at finde et atom, der kan levere en hurtig rytme. Forskerne skal også kunne påvise og begrænse alt det, der får rytmen til at flytte sig.

Et ion som reference – og forskydninger, der skal tæmmes

Uret bruger ét elektrisk ladet lutetium-176-ion. En laser undersøger en overgang i ionet ved en bølgelængde på 848 nanometer. Overgangens frekvens fungerer som urets reference, men både elektromagnetiske felter og varmestråling kan påvirke den.72521

Barretts gruppe beskrev allerede i en forskningsplan fra 2015 en metode kaldet hyperfin middelværdidannelse. I stedet for at basere referencen på én bestemt indre tilstand i atomet kombinerer man målinger fra beslægtede tilstande. Dermed kan nogle tilstandsafhængige frekvensforskydninger udligne hinanden. Gruppen har siden demonstreret metoden med såkaldt dynamisk afkobling i et lutetium-ur med flere ioner.29152

Andre påvirkninger kræver særskilt kontrol. I 2019 målte og dæmpede forskerne frekvensforskelle mellem ionerne i et ur med tre ioner, blandt andet forskelle knyttet til elektriske kvadrupolmomenter. Studier af lutetium undersøger også virkninger fra varmestråling og elektriske feltgradienter. Det betyder ikke, at ionet er upåvirkeligt af omgivelserne – men at påvirkningerne kan undersøges og indgå i urets usikkerhedsregnskab.1821

Hvorfor optræder der to forskellige tal?

Tallet cirka 1 × 10⁻¹⁹ betegner den rapporterede relative usikkerhed for urets frekvensreference. Forskerne sammenlignede desuden to uafhængigt byggede ure med ét ion i hvert og rapporterede en usikkerhed på 5,7 × 10⁻¹⁹ for sammenligningen. Den sidste måling undersøger, om urene stemmer overens; den er ikke et alternativt tal for det enkelte urs nøjagtighed.6524

Gruppen har anvendt korrelationsspektroskopi til at sammenligne lutetium-referencer. Metoden mindsker laserstøjs indflydelse på sammenligningen, så en lille forskel mellem urene bliver lettere at måle. Den kan dog ikke i sig selv afsløre en systematisk forskydning, som begge ure deler. En sammenligning over 200 timer omtales i spørgsmålet bag denne artikel, men den varighed og dens fulde usikkerhedsregnskab kan ikke fastslås uafhængigt ud fra de tilgængelige kildeuddrag.2628

Påstanden om, at uret ville vinde eller tabe mindre end ét sekund på 260 milliarder år, er et regneeksempel – ikke en måling over så lang tid. En konstant relativ fejl på 1 × 10⁻¹⁹ svarer regnemæssigt til omtrent ét sekund på 317 milliarder år; ved 1,2 × 10⁻¹⁹ er tallet cirka 264 milliarder år. Analogien afhænger altså af, hvilket usikkerhedstal man bruger.64

Præcisionen gør selv højdeforskelle vigtige

Resultatet kan bidrage til arbejdet med en fremtidig ny definition af sekundet. Ét laboratorieresultat kan dog hverken alene vise, at andre laboratorier kan gentage ydelsen, eller afgøre, hvilken atomovergang der bør blive international standard. De tilgængelige kilder bekræfter heller ikke en formel tidsplan for en ændring.3024

På dette niveau bliver urets placering en del af målingen. Nær Jordens overflade giver en højdeforskel på én millimeter en gravitationsbetinget forskel i urenes frekvens på omtrent 1,1 × 10⁻¹⁹. Skal ure sammenlignes forskellige steder, må man derfor også kende forskellen i tyngdefeltets potentiale mellem dem. En transportabel udgave vil stille endnu et krav: kontrollen med ionet, laseren og omgivelsernes påvirkning skal bevares, og usikkerheden skal dokumenteres på ny efter flytningen.521