一毫米可能看起来并不多。但即使是这么小的距离也会改变时间的流动。
根据爱因斯坦的引力理论和广义相对论，时钟距离地球或其他大质量物体越远，走得越快（序列号：10/4/15）。从理论上讲，即使时钟的高度差异非常小，这也应该成立。现在，一个极其灵敏的原子钟发现了毫米级原子样本的加速现象，揭示了比以往更小的高度差的影响。研究人员 9 月 24 日在 arXiv.org 上报告称，该样本顶部的时间比底部的时间移动得稍快。
“这太棒了，”特拉华大学纽瓦克分校的理论物理学家玛丽安娜·萨夫罗诺娃说，她没有参与这项研究。“我认为需要更长的时间才能达到这一点。”原子钟测量的极高精确度表明了使用灵敏的计时器来测试物理学中其他基本概念的潜力。
原子的固有特性使科学家能够将它们用作计时器。原子存在于不同的能级，特定的光频率使它们从一个能级跃迁到另一个能级。该频率（光波摆动的速率）与时钟定期滴答作响的秒针具有相同的用途。对于离地面越远的原子，时间运行得越快，因此需要更高频率的光来使能量跳跃。此前，科学家已经在 33 厘米的高度差上测量了这种被称为引力红移的频移（序列号：2010 年 9 月 23 日）。
在这项新研究中，科罗拉多州博尔德市 JILA 的物理学家 Jun Ye 及其同事使用了一个由大约 100,000 个超冷锶原子组成的时钟。这些原子排列成晶格，这意味着原子位于一系列不同的高度，就像站在梯子的横档上一样。绘制出频率在这些高度上的变化情况揭示了一种转变。在校正了可能改变频率的非重力效应后，时钟的频率在一毫米上变化了大约百分之一千万分之一，这正是广义相对论所预期的变化量。
更重要的是，在采集了大约 90 个小时的数据，比较了时钟上下部分的滴答声后，科学家们确定他们的技术可以测量相对滴答率，精度达到万亿分之一的百万分之 0.76。这使其成为有史以来最精确的频率比较的记录。
在同样于 9 月 24 日提交给 arXiv.org 的一项相关研究中，另一组研究人员将锶原子加载到晶格的特定部分，从而创建了六个时钟。“他们所做的事情也非常令人兴奋，”萨弗罗诺娃说。
威斯康星大学麦迪逊分校的西蒙·科尔科维茨 (Shimon Kolkowitz) 及其同事测量了两个相距约 6 毫米的时钟的相对滴答率，精度达到了万亿分之一的百万分之 8.9，这本身就是一个新记录。没有被叶氏集团打败。凭借这种灵敏度，科学家们可以检测到两个时钟之间的差异，其滴答速率略有不同，以至于在大约 3000 亿年之后，它们的差异仅为一秒。叶的时钟可以检测到大约 4 万亿年来积累的一秒的两半时钟之间的更小的差异。尽管科尔科维茨的团队尚未测量引力红移，但该装置将来可用于测量引力红移。
这两项研究的作者拒绝发表评论，因为这些论文尚未通过同行评审程序。
悉尼新南威尔士大学的理论物理学家 Victor Flambaum 表示，测量的精确度暗示了未来的可能性。例如，“原子钟现在非常精确，可以用来寻找暗物质，”他说。这种神秘的、身份不明的物质无形地潜伏在宇宙中。某些假设的暗物质类型可能会改变时钟的滴答声。科学家还可以比较由不同同位素（原子核中中子数量不同的原子）制成的原子钟，这可能暗示着尚未发现的新粒子。原子钟可以研究自然的基本常数是否可能发生变化（序列号：2016 年 11 月 2 日）。
精确比较不同时钟的能力对于计时的主要目标也很重要：更新秒的定义（序列号：21 年 3 月 24 日 ）。目前，一秒的长度是使用较早一代的原子钟定义的，这些原子钟的精确度不如两项新研究中使用的新型原子钟（ 序列号：2019 年 5 月 20 日）。
“时钟的未来非常光明，”萨夫罗诺娃说。
