原子時計：19桁目の水準で正確さが検証されたLu⁺光周波数基準

光原子周波数基準は、先行するマイクロ波周波数基準をはるかに上回る性能を達成しており、これを受けて、SI（国際単位系）の秒の再定義が見込まれている。しかし、科学界では新たな標準に関する合意が模索され、現在ではいくつかの最先端の光周波数標準で10⁻¹⁸未満の相対不確かさの評価値が報告されている一方、同じ原子種を用いた比較によって、それに匹敵する水準で検証することは依然として未解決の課題である。今回我々は、それぞれ相対周波数不確かさの評価値が約1 × 10⁻¹⁹である、ルテチウムイオン（¹⁷⁶Lu⁺）を用いた2つの単一イオン光周波数基準を報告する。これらを、相関分光法によって直接比較したところ、測定された相対周波数差は[−0.1 ± (5.7)_stat ± (1.0)_sys] × 10⁻¹⁹となり、両者の一致が示された。ここで、「stat」は統計的不確かさを、「sys」は系統的不確かさを示す。我々の光周波数基準は包括的に評価され、不確かさの評価値は10⁻¹⁸未満であり、独立したシステム間での同じ原子種による5.7 × 10⁻¹⁹の水準までの比較によって裏付けられた。実用的な室温のシステムで達成されたこの正確さは、国際的計時の改善と、ミリメートルスケールでの時計水準測量の実現に寄与すると思われる。さらに、ローレンツ不変性、一般相対性理論の検証、暗黒物質の探索、基本定数の変動の探索といった、基礎物理学の検証にも役立つはずである。

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