科学者たちが最も正確な原子時計を開発

2026年9月23日 シンガポール国立大学の科学者たちが、世界で最も正確な原子時計を開発しました。 Gaby Clark 編集、Robert Egan レビュー Gaby Clark 科学編集者 編集チームを見る 編集プロセスとポリシー 編集者は、コンテンツの信頼性を確保しながら、以下の属性を強調しました。 事実確認済み 査読付き出版物 信頼できる情報源 校正済み GIST お気に入りの情報源に追加 左から、准教授のMurray Barrett氏、博士課程学生のMichael Lee氏、シニアリサーチサイエンティストのKyle Arnold氏が、量子技術センターのルテチウム原子時計ラボで写っています。クレジット：量子技術センター 1秒を数兆の瞬間に分解してみてください。そして、その一つ一つを測定します。シンガポールの量子技術センター（CQT）にある原子時計は、その精度で時間を刻んでいます。9月23日にNatureに発表された結果によると、その精度は記録的なものです。 「今持っているものが世界で最も正確な時計であると確信しています」と、CQTの主任研究員であり、シンガポール国立大学物理学科の准教授であるチームリーダーのMurray Barrett氏は述べています。 研究者たちは、ルテチウムという元素から作られた原子時計が、異なる元素から作られた以前の記録保持者を凌駕することを示す測定結果に基づいて、この主張をしています。より正確な時計は、基礎物理学における未知の領域を探求し、地球上の重力変化を監視する可能性を秘めており、秒の再定義を目指しています。 時間計測の限界を押し上げる 原子時計は、原子の電子がエネルギー準位を変化させる際の原子遷移を参照して時間を計測します。この遷移の周波数は、原子の固定された特性です。この「クロック遷移」にレーザーを合わせ、光の振動を振り子のようにして時間を数えます。この基本的な方法は数十年前から確立されています。 セシウム原子は1960年代から時間のグローバルスタンダードとなっており、セシウム原子時計はすでに全地球測位システム（GPS）をサポートし、通信および輸送ネットワークを同期させています。しかし、科学者たちは他の元素で時間計測の限界を押し広げてきました。 イッテルビウム、ストロンチウム、アルミニウムなどの元素は、セシウムよりもはるかに速く振動するため、より正確に時間を刻むことができます。時間の標準を管理する国際機関は、2030年以降に予定されている秒の再定義に向けて、このような新しい光原子時計からのデータを検討しています。 CQTチームは、ルテチウムがトップクラスの時計に加わるのに適した特性を持っているという直感から、10年以上前にルテチウムでの作業を開始しました。知る限り、時間計測のためにこの元素を扱っているのはこのグループだけです。 現在、チームはルテチウム時計の周波数を19桁まで測定し、1 x 10^-19の不確かさを報告しており、これはこれまでに報告されたどの光原子時計よりも低い値です。研究者たちはまた、2つの時計を製作し、それらの刻みを比較しました。時計は5.7 x 10^-19の不確かさで一致しており、これは史上最も精密な時計比較となります。さらなる測定により、この不確かさをさらに低減できる可能性があります。 ルテチウムの利点 ルテチウムの優れた性能は、原子の特性に由来します。そのクロック遷移は、温度や磁場の変化にほとんど影響されません。他の元素では、これらの環境要因によってクロック遷移の周波数がわずかに変化することがあります。 「将来的には、この時計に勝るものはないと思います」とBarrett氏は述べています。彼のチームは、10年以上にわたり原子時計のセットアップに精密工学を施し、原子のさまざまな特性をテストしてきました。その作業には、「ハイパーファイン平均化」と呼ばれるスキームを発明してクロック遷移を定義することも含まれていました。 「これらの良好な特性により、幅広い環境でも高い精度を達成できます」とBarrett氏は述べています。「ルテチウム時計は、地球上で記録された最も暑い場所であるデスバレーから、南極高原の最も寒い場所まで移動しても安定しています。」 2つは1つより優れている チームの自信は、200時間の測定にわたる相関分光法として知られる技術を用いて行われた時計比較によって裏付けられています。各ルテチウム時計は、波長848ナノメートルのレーザーにクロック遷移が合わせられた単一の荷電176Lu+イオンで構成されています。 「『時計を一つ持っている人は時間がわかっている。時計を二つ持っている人は決して確信が持てない』というユーモラスな格言があります」と、NUSのCQTのシニアリサーチサイエンティストであり、論文の共同筆頭著者であるKyle Arnold博士は述べています。「これは、標準の精度をテストする唯一の方法は時計を比較し、再現性を実証することであることを基本的に示しています。」 科学、技術、宇宙の最新情報を、Phys.orgを信頼する10万人以上の購読者とともに発見してください。無料ニュースレターに登録して、重要なブレークスルー、イノベーション、研究の最新情報を毎日または毎週入手してください。 登録する 理想的には、チームはルテチウム時計を世界の他の最高の原子時計とも比較したいと考えていますが、課題があります。10^-19レベルの光原子時計は非常に精密であるため、ミリメートルの高さの違いによって引き起こされる時間の遅延を検出できます。CQTチームの比較測定は、同じテーブル上の時計間の5mmの高さの違いを解決できました。これが測定を制限しないようにするため、研究者たちはLu+イオン間の高さの違いを1ミリメートル以内で独立して測定しました。地球上の場所間の重力の違いは、このレベルで時計を比較するにはまだ十分にはわかっていません。 新しい比較を可能にし、将来のアプリケーションを探求するためには、時計をラボから出す必要があります。「次のステップは、ラボスケールの時計を持ち出し、それをポータブルシステムに小型化することです」と、論文の共同筆頭著者であり、NUSチームの博士課程学生であるMichael Lee氏は述べています。研究者たちは、精度を損なうことなく時計を小型化できると予想しています。 出版物の詳細 Kyle Joseph Arnold, Lu+ optical frequency references with accuracy verified at the 19th digit, Nature (2026). DOI: 10.1038/s41586-026-11072-8. www.nature.com/articles/s41586-026-11072-8 ジャーナル情報：Nature 主要な概念 外部場における原子・分子プロセス 原子・分子構造 分光法 シンガポール国立大学提供 この記事の背後にいるのは誰ですか？ Gaby Clark 英語修士、2021年からコピーエディターとして、高等教育と健康コンテンツの経験を持つ。信頼できる科学ニュースに専念。 フルプロフィール → Robert Egan 数学生物学学士、クリエイティブライティング修士。旅行経験が豊富で、科学と言語に対するユニークな視点を持つ。 フルプロフィール → 引用：Scientists build world's most accurate atomic clock (2026, September 23) retrieved 3 October 2026 from https://phys.org/news/2026-09-scientists-world-accurate-atomic-clock.html この文書は著作権で保護されています。私的学習または研究目的での公正な取り扱いを除き、書面による許可なくいかなる部分も複製することはできません。コンテンツは情報提供のみを目的として提供されています。