人类计时，又往前迈了一步。这一步不看电子，看原子核。
10月7日晚，清华大学物理系副教授丁某某团队与合作者的成果在线发表于《自然》，题为"锁定至钍-229的核钟"。他们用自主研制的148纳米连续波真空紫外激光，配上掺钍-229的氟化钙晶体，把激光频率稳稳锁定在钍-229的原子核跃迁上，让核光钟第一次真正跑了起来。几乎同期，欧洲团队独立完成了同类工作。
为什么值得单拎出来说？因为过去几十年，世界上最好的钟都在"听电子的节拍"。原子钟利用外层电子在能级间的跳跃计时，精度已经高到几十亿年不差一秒，可电子在外层，电场、磁场、温度稍有扰动就会跑偏，性能最高的原子光钟至今主要待在实验室，小型化、工程化一直是道难题。

图片来源：清华大学物理系
核光钟换了个思路，把"钟摆"塞进原子核内部。原子核的尺度不到核外电子云的几万分之一，受外界电磁扰动更小，原理上能给出比原子光钟更准的频率基准。丁某某打过一个比方：老式挂钟每秒摆一次，核光钟按原子核的节拍走，每秒约两千万亿次，把时间切得极细。计时精度每往上抬一档，导航定位、金融交易的时间同步、通信网络的节点对时，都会跟着受益。

图片来源：新华社／研究团队供图
这个设想并不新。二十多年前，德国科学家就提出用钍-229的核能级跃迁做钟，此后核光钟成了量子精密测量领域国际竞争的前沿高地，欧美日多国纷纷布局，却迟迟卡在光源、晶体和跃迁探测三道门槛上，没能把核跃迁的频率真正闭环锁定。
从研发节奏也能看出这场竞速的分量。二十多年里，多国团队反复尝试，谁先打通连续波光源与晶体这两关，谁就能率先把核跃迁锁进闭环。这一次，中国团队在光源和晶体两项核心指标上都拿出了领先数据。
道理不难懂，难在光。钍-229的核跃迁对应148纳米真空紫外波长，此前只有脉冲激光能直接激发，而核光钟需要的连续波激光，长期是卡住全世界的那道坎。丁某某团队从2021年底入场，逐点啃下连续波光源，相关光源成果已在今年2月先登《自然》。更大的制约来自材料：钍-229极其稀缺。团队在多方协同下，仅用1.4微克钍-229，一次性长出毫米尺度的高质量掺钍氟化钙晶体，单次生长所用核素只有欧洲团队的二百分之一。
锁定成功后，团队给出的关键指标是：核光钟秒级稳定度优于同期欧洲团队接近一个数量级。这个数字的分量，要看它的用途。核光钟被视为继原子微波钟、原子光钟之后的新一代时间频率标准，固态结构又有小型化、工程化的潜力，未来可用于卫星导航和深空探测，让航天器定位、测距更准。
它还是一件基础物理的探测工具。钍-229核跃迁对基本常数是否随时间变化格外敏感，可以拿来检验物理学的基本假设，寻找暗物质一类前沿问题的线索。
这篇论文的另一处细节，是多位"00后"博士研究生出现在共同第一作者名单里。论文通讯作者除丁某某，还有中国科学院上海硅酸盐研究所的苏某某、上海光学精密机械研究所的杭某某，以及北京量子信息科学研究院的卜某某。清华大学物理系主任翟某某评价，核光钟研制成功是本世纪以来量子精密测量领域的重要突破，意味着量子操控的能力从电子层面深入到了原子核尺度。
从机械钟、石英钟到原子钟，人类每一次把时间量得更准，都会打开一片新的技术边界。这一次，钟摆落在了原子核里。
#上头条 聊热点#