把“钟摆”塞进原子核！中国科学家造出全球首台“核光钟”，人类计时精度要再上台阶

提起钟表，你脑海里浮现的可能是挂钟的指针、手机屏幕上跳动的数字。但你可能想不到，科学家们对“时间准不准”这件事的执念，已经卷到了原子核里。

10 月 7 日晚，国际权威期刊《自然》在线发表了一项重磅成果：中国科学家利用自主研制的 148 纳米连续波真空紫外激光，配合掺钍-229 的氟化钙晶体，在国际上率先研制出“核光钟”，并实现了稳定运行。这一步，直接把量子精密测量的战场从“电子跃迁”推进到了“原子核跃迁”——通俗点说，人类第一次学会了“听原子核打拍子来计时”。

原子核里也能放“钟摆”？

要理解核光钟有多厉害，得先搞清楚它和传统原子钟的区别。

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打了个特别形象的比方：传统原子钟，是利用原子内部电子在特定能级间跃迁产生的频率当作基准，相当于“听电子的节拍”。而核光钟呢，是直接把“钟摆”搬进了原子核内部，利用原子核不同能级之间的跃迁来计量时间——等于换成了“听原子核内部的节拍”。

那为什么非要钻进原子核里去？答案很简单：原子核比原子小得多，受外界电磁环境的干扰也更小。干扰少了，“节拍”自然更稳，计时也就更准。正因如此，科学家们普遍认为，核光钟有望提供比传统原子钟精度更高、也更实用的时间频率基准。

清华大学物理系主任、杨振宁高等研究院教授翟荟的评价相当高：核光钟有望成为新一代时间频率基准，它的研制成功是本世纪以来量子精密测量领域的重要突破。他还指出，核光钟的成功研制与稳定运行，意味着人类操控量子系统的能力已深入到原子核尺度，为量子精密测量和量子操控开辟了全新的研究方向。

四年磨一剑，先解决“灯”的问题

道理听起来不复杂，做起来却是硬仗。

核光钟要工作，首先得有一种激光，能够精确驱动一种特殊的放射性同位素“钍-229”，让它的原子核发生能级跃迁。而这个核心光源难题，长期以来横亘在全世界科学家面前。

丁世谦带领团队埋头攻关了四年多，最终在国际上首次研制出 148 纳米连续波真空紫外激光，一举拿下了这块最硬的骨头。与此同时，团队还与合作者共同研制出微量钍-229 掺杂的氟化钙晶体，给核光钟打下了扎实的“地基”。

光源有了，晶体有了，接下来就是把激光频率稳稳地“锁”在核跃迁上。结果如何？核光钟的秒级稳定度比同期欧洲团队的水平高出接近一个数量级，性能国际领先。

丁世谦表示，目前团队已经建立起从核心光源、核光钟晶体、核跃迁光谱到闭环运行的完整技术体系——换句话说，从“发动机”到“整车”，全套核心环节都攥在了自己手里。

它能干啥？导航、深空、追问宇宙最底层的奥秘

有人可能会问：计时准一点，有那么重要吗？

还真有。科研人员指出，核光钟是当前量子精密测量领域国际竞争的重要前沿。尤其是这次做成的固态核光钟，天生具备小型化和工程化的潜力，未来在卫星导航、深空探测这类对时间精度要求近乎苛刻的场景里，有望提供非常实用的技术选择。要知道，导航定位本质上就是靠超精确的时间测量算出来的——时间差之毫厘，位置谬以千里。

更有意思的是，钍-229 的核跃迁对“基本物理常数是否发生变化”这类新物理效应有着显著增强的灵敏度。也就是说，如果宇宙中某些最基本的规律悄悄发生了细微改变，核光钟很可能是最先“察觉”到异常的那个。它还能反过来成为检验基本物理规律的精密探测平台，帮物理学家们去追问宇宙最底层的奥秘。

从利用电子跃迁计时，到把“钟摆”塞进原子核，这次突破不仅是一台更准的钟，更是人类向微观世界操控能力的一次关键跃升——向更精准的计时，我们又迈进了一大步。