休まず時を測る光格子時計へ～連続する原子の流れから1.2ヘルツ幅の分光を実証～

腕時計でも国家の標準時でも、時間を測るという営みは私たちの生活の根底にあります。でも、その精密さについて考える機会はあまりありませんよね。実は、現在の最先端の時計は「原子時計」と呼ばれるもので、原子の振動を利用して時間を刻んでいます。

これまでの原子時計には、ある「工夫」が必要でした。原子をレーザーで冷やして一箇所に並べ、その集団の振動をまとめて測定する——という方式です。ちょうど、教室の全員で手を叩く拍を測るようなイメージです。しかし、測定が終わったら原子を新しく準備しなければならず、その間は時計が「お休み状態」になっていました。

今回、日本の研究チームが実現したのは、この「休憩時間」をなくすアプローチです。原子を次々と流しながら、途切れることなく計測を続けるという、言わば「流れ作業方式の時計」を開発しました。水が川から流れ続けるように、原子も途絶えることなく流し続けながら時を測り続ける——この発想の転換が重要なのです。

実験では、「1.2ヘルツ」という非常に狭い線幅を達成しました。これは何を意味するのか。時計の精密さは、その「ぶれの小ささ」で判断されます。線幅が狭いほど、原子の振動が一貫していて、より正確に時間を測定できるということです。従来方式でも達成困難な値を、新方式で実現したことになります。

この技術が持つ意味は、科学の世界では非常に大きいものです。GPSの精度向上に直結しますし、光通信の速度向上にも役立ちます。さらに物理学の基礎理論の検証——たとえば「万有引力の法則は本当に普遍的か」といった素朴だが根本的な問いを、より高い精度で問い直すことも可能になります。

実用化まではまだいくつもの山があるでしょう。しかし、「時計が休まずに刻み続ける」というシンプルだが革新的な考え方が、ようやく現実化の扉を開きかけています。