近日，1989届应用物理学专业本科（首届85级试点班）校友叶军团队首次在毫米尺度验证爱因斯坦广义相对论，相关成果登上《自然》封面。

只差一毫米，时间流逝速度也会不同！

广义相对论指出，引力场越强，时间就越慢，从而改变电磁波的频率。当在更强的引力下，更靠近地球的地方观测时，原子振动的频率会降低——向电磁波谱的红端移动，这种效应被称为引力红移。爱因斯坦早在1915年就预测了这种现象，但是这种“移动”非常小，虽然这种差距身体无法感知，但却有重要的实际应用，如纠正GpS卫星测量。叶军团队通过使用更精确的时钟——光晶格钟（optical lattice clock）与创新的成像方法，做到测量一个原子云内原子气体上下两端的时间差，二者之间高度只相差一毫米[Nature 602, 420–424 (2022)]。

叶军团队先用6束激光将10万个锶原子逐步冷却，最后用红外激光将锶原子维持在超冷状态，并装载在一个光学晶格中。晶格可以想象成由激光束产生的一叠煎饼，这种设计减少了由光和原子散射引起的晶格扭曲，使样品均匀化，并扩展了原子的物质波。原子的能量状态控制得很好，创下了量子相干时间37秒的纪录。

光晶格钟原理| 图源：NIST

对提高精度至关重要的，是叶军团队开发的新成像方法，这种方法能提供整个样本频率分布的微观图，从而能够比较一个原子团的两个区域。通过原子团测量到的红移很小，在一千亿亿分之一的范围内。研究团队利用约30分钟的平均数据解决这一问题。经过90小时的数据处理后，测量精度比以往任何时钟都要高出50倍。

致谢：上海交通大学物理与天文学院、致远学院

来源：paperRSS、FUTURE远见等

张梦云 校友总会办公室 物理与天文学院