Så nådde Singapores lutetiumklocka noggrannhet på 10⁻¹⁹-nivån

Hur exakt kan en klocka gå? För en optisk atomklocka räcker det inte att hitta en atom som ger en stadig takt. Forskarna måste också mäta och kontrollera allt som kan rubba den. Vid Centre for Quantum Technologies, knutet till National University of Singapore, har Murray Barretts grupp utvecklat en klocka vars rapporterade relativa frekvensosäkerhet ligger nära 1 × 10⁻¹⁹. Resultatet publicerades i Nature den 23 september 2026 och beskrivs av gruppen som den hittills lägsta rapporterade osäkerheten för en optisk atomklocka.306

En jon – och många möjliga störningar

Klockans referens är en enda elektriskt laddad jon av isotopen lutetium-176. En laser undersöker en övergång i jonen vid våglängden 848 nanometer. Den optiska frekvensen ger en mycket fin tidsskala, men yttre elektromagnetiska fält och värmestrålning kan förskjuta just den frekvens som ska mätas.72521

En viktig del av lösningen är hyperfin medelvärdesbildning. I stället för att förlita sig på ett enda inre tillstånd kombinerar metoden mätningar av närbesläktade tillstånd, så att vissa tillståndsberoende frekvensförskjutningar tar ut varandra. Barretts grupp pekade ut metoden i sin forskningsplan från 2015 och demonstrerade senare en variant med dynamisk frikoppling i en lutetiumklocka med flera joner.29152

Andra störningar har krävt egna undersökningar. I ett försök med tre joner mätte och dämpade gruppen frekvensskillnader mellan jonerna, bland annat effekter kopplade till elektriska kvadrupolmoment. Forskning om lutetium har också behandlat påverkan från värmestrålning och elektriska fältgradienter. Poängen är alltså inte att lutetium är okänsligt för sin omgivning, utan att påverkan måste kunna kartläggas och begränsas.1821

Två siffror som inte ska blandas ihop

Cirka 1 × 10⁻¹⁹ avser den rapporterade relativa osäkerheten för klockans frekvensreferens. Forskarna jämförde även två oberoende byggda klockor med var sin jon och rapporterade en jämförelseosäkerhet på 5,7 × 10⁻¹⁹. Den senare siffran säger hur väl jämförelsen kan pröva om klockorna är överens; den är inte ett annat uttryck för den enskilda klockans osäkerhet.6524

Gruppen har använt korrelationsspektroskopi för att jämföra lutetiumreferenser. Metoden minskar laserbrusets inverkan när en liten frekvensskillnad ska urskiljas, men kan inte ensam utesluta ett systematiskt fel som båda klockorna delar. Uppgiften om en 200 timmar lång jämförelse förekommer i frågans bakgrund, men kan inte beläggas oberoende med de tillhandahållna källutdragen.2628

Påståendet att klockan skulle gå mindre än en sekund fel på över 260 miljarder år är en räkneillustration, inte ett långtidsförsök. Ett konstant relativt fel på 1 × 10⁻¹⁹ motsvarar ungefär en sekund på 317 miljarder år; med 1,2 × 10⁻¹⁹ blir det omkring 264 miljarder år. Vilken liknelse som passar beror alltså på vilken osäkerhetssiffra som används.64

Varför spelar det roll?

Så noggranna optiska referenser kan bidra till arbetet med en framtida omdefinition av sekunden. Ett resultat från ett laboratorium räcker dock inte för att visa att andra laboratorier kan återskapa prestandan eller för att avgöra vilken atomövergång som ska bli standard. Det tillhandahållna underlaget bekräftar inte heller någon formell tidplan för en förändring.3024

Vid den här nivån blir även platsen en del av mätningen: nära jordytan motsvarar en höjdskillnad på en millimeter en gravitationsbetingad relativ frekvensskillnad på ungefär 1,1 × 10⁻¹⁹. Klockor på olika platser måste därför jämföras med hänsyn till skillnaden i gravitationspotential. En flyttbar version skulle dessutom behöva visa att kontrollen över jon, laser och omgivningspåverkan håller även efter transport.521