我国科学家利用自主研制的148纳米连续波真空紫外激光以及掺钍-229氟化钙晶体，在国际上率先研制出核光钟并实现其稳定运行，将量子精密测量由电子跃迁拓展至原子核跃迁。相关成果于10月7日以“锁定至钍-229的核钟”为题在线发表于国际学术期刊《自然》。

10月5日在清华大学实验室拍摄的核光钟实验装置核心区域。图片来源：新华社

要理解这项成果的意义，首先要了解什么是“核光钟”。

核光钟是利用激光精确驱动一种特殊放射性同位素“钍-229”实现其原子核内部的能级跃迁，并以这一核跃迁的频率作为基准的计时装置。目前最精确的原子光钟，精度已达10-19。可以理解为，测量地球到太阳往返30次的距离，误差不超过一根头发丝直径的1%。如此极致精密的原子光钟，要在超高真空、激光冷却的复杂实验室环境中才能维持“超能力”。

清华大学物理系副教授、北京量子信息科学研究院兼聘研究员丁世谦介绍，原子钟是利用原子内部的电子在特定能级间的跃迁作为频率基准，好像“听电子的节拍”，而核光钟则是把“钟摆”放进原子核内部，利用原子核不同能级间的跃迁来计量时间，相当于“听原子核内部的节拍”来计时。

论文通讯作者之一、清华大学物理系副教授丁世谦介绍，与原子光钟相比，核光钟受外界电磁环境扰动的影响更小，原理上有望提供比原子光钟更高精度的时间频率基准。

核光钟形象化示意图

不仅如此，固态核光钟还具备潜在的小型化和工程化优势，有望为卫星导航、深空探测等场景中的高精度时间频率需求提供实用的技术选择，是当前量子精密测量领域国际竞争的重要前沿。同时，核光钟可为检验基本物理规律提供新的精密探测平台，它的实现还意味着量子操控的能力深入到原子核尺度。

科研人员认为，核光钟是当前量子精密测量领域国际竞争的重要前沿，固态核光钟具有潜在的小型化和工程化优势，未来有望为卫星导航、深空探测等场景中的高精度时间频率需求提供实用的技术选择。

此外，由于钍-229核跃迁对基本常数变化等新物理效应具有显著增强的灵敏度，核光钟还可为检验基本物理规律提供新的精密探测平台。

综合来源：新华社、科技日报、人民日报、新京报等

内容来自：科普中国