辐射屏蔽提升光钟性能

光晶格钟（OLCs）是世界上最精准的原子钟之一。其最大的不确定来源是普遍存在的黑体辐射（BBR）。现在，科罗拉多州国家标准与技术研究院的优素福·哈桑及其同事展示了一种带有辐射屏蔽的低温光晶格钟，几乎消除了与黑体辐射相关的不确定性。研究人员预计，这种光晶格钟设计将大幅提升时钟精度。

在光晶格钟中，数百到数万个原子排列在由激光束形成的一维晶格中。另一束频率可调的（时钟）光束随后将原子激发到特定的量子态。使原子跃迁数量最大化的时钟光束频率，定义了光晶格钟的 “滴答速率”。黑体辐射会干扰原子的量子态，降低光晶格钟的精度。

哈桑及其同事通过将原子周围环境冷却至77K来抑制黑体辐射，尽管低温光晶格钟并非新事物。但阻挡外部室温黑体辐射颇具挑战，因为实验腔需要开口来加载原子并发射激光束。

该团队设计的辐射屏蔽有两个主要部分，一个固定的外部结构和一个可旋转的内球。在准备原子时，内球的几个开口与外部结构的窗口和开口对齐。但在开启时钟光束之前，内球旋转以阻挡几乎所有外部室温黑体辐射。仍有一些外部黑体辐射通过内球相对两侧的两个窗口泄漏，这两个窗口对于晶格和时钟光束是必要的。然而，窗口尺寸小且玻璃的低红外传输率，使得外部黑体辐射抑制到无屏蔽时的约百万分之一。