迈向采用光学秒：在SI极限下验证光学钟

对更精确时间与频率测量的追求很可能最终导致秒以光学原子跃迁重新定义。为确保与当前基于基态$^{133}$Cs超精细能级间微波跃迁的定义连续，有必要测量候选标准的绝对频率，方法为与铯 primary 基准比较。该过程的一项关键验证可通过闭环实现——将绝对频率测量所得频率比与直接光学比较所得比值进行比较。我们通过将钟频率与国际频率标准比较，借助作为飞轮振荡器的脉泽组，测量了$^{171}$Yb的$^1$S$_0\!\rightarrow^3$P$_0$跃迁。我们的测量包含跨越八个月的79次独立运行，确定绝对频率为518 295 836 590 863.71(11) Hz，其不确定度相当于$2.1\times10^{-16}$的相对频率。该绝对频率测量是任何跃迁报道中最精确的，使我们能以<3$\times10^{-16}$的不确定度闭合Cs-Yb-Sr-Cs频率测量环，该不确定度受当前SI秒实现限制。我们利用这些测量收紧了电子-质子质量比$\mu=m_e/m_p$变化的上限。结合我们的测量与Yb和Sr绝对频率测量的全部记录，推断出引力势耦合系数$k_\mathrm{\mu}=(-1.9\pm 9.4)\times10^{-7}$以及随时间漂移$\frac{\dot\mu}{\mu}=(5.3 \pm 6.5)\times10^{-17}/$yr。