物理学家制造出首个核钟：开启比原子钟更精准的时间测量新纪元

目前最精准的时间测量工具——原子钟，其工作原理是基于原子的量子振动，特别是其外层电子。然而，物理学家一直梦想着能制造出基于原子核的“核钟”，因为原子核对外界环境干扰的敏感度要低得多。根据最新研究，这一梦想可能很快就会成为现实。

上周，来自欧洲和中国的两个独立研究团队，报告了使用含有钍-229的氟化钙晶体进行原子核钟实验的首批成果。这两篇尚未经过同行评审的论文均作为预印本发表在 arXiv 上。在欧洲团队的实验中，研究人员对比了该核钟在寻找暗物质任务中，与领先原子钟相比的运行表现。而中国团队则演示了该核钟的操作，并将其性能与传统原子钟进行了横向对比。欧洲团队在论文中写道：“这些结果为紧凑型核钟、核量子传感以及基本物理学的精密测试奠定了坚实的固态平台基础。”

超精密时钟绝非仅仅是科学上的奇观，它们对于精密导航、全球通信以及国际标准时间的维持至关重要。来自加州大学洛杉矶分校的 Eric Hudson 和内华达大学里诺分校的 Andrei Derevianko 指出，目前的原子钟是通过激发原子中的电子，使其在不同能级间跃迁。这种吸收发生在极其精确的频率上，由物理学定律决定，从而为世界提供了相对一致的时间标准。相比之下，原子核的体积比整个原子小 10,000倍，极不易受到温度、电场等外界环境干扰，这也是物理学家对核钟长期保持浓厚兴趣的原因。

核钟研制的关键挑战在于寻找易于被激光操控的合适元素。在这方面，钍-229是一个极罕见的特例，它拥有两个能量非常接近的核态，科学家可以使用特定的激光来激发原子核在两种状态之间切换。最近发表的两篇论文在过去几十年的研究基础上，首次实现了稳定核钟运行的反馈闭环。约翰内斯·古腾堡大学的物理学家 Lars von der Wense 表示，这标志着该装置在被称为真正的“时钟”之前，迈出了最后一步。