北京
10月7日，清华大学在国际期刊《自然》上发表重磅成果：物理系副教授丁世谦带领团队在国际上率先研制出核光钟，有望更精准地测量时间。该突破标志着人类时间计量技术从原子尺度进一步深入到了原子核尺度，将为卫星导航、深空探测等前沿场景提供全新的技术支撑。
时间是人类描述世界最基础的物理量之一。丁世谦介绍，目前，原子光钟利用原子中的电子跃迁作为频率参考，精度已经达到“数千亿年不差一秒”的水平。而核光钟的出现，在原理上有望把精度推到更高。
“我们可以把核光钟理解成一台超级稳定的时间机器，它和日常钟表的核心功能一致，但物理原理不同。”丁世谦打比方，钟表会因温度变化、机械磨损等产生时间误差，而核光钟凭借全新的工作原理，几乎可以实现分秒不差。
不同于原子光钟依托外层电子跃迁的技术路线，丁世谦带领团队把目光投向了尺度更小、更稳定的原子核内部，最终选定钍-229原子核的独特跃迁作为频率参考——由于原子核尺度远小于原子尺度，核跃迁受外界电磁环境扰动的影响更小，这让核光钟在原理上有望比原子光钟更精准。
其实，核光钟的构想早已被学界提出，但长期以来，有两道核心难题始终阻碍着它从理论走向现实。第一道难关，是缺少能精准驱动钍-229核跃迁的特殊光源。丁世谦带领团队在国际上首次研制出148纳米的连续波真空紫外激光，为核光钟研制奠定了核心技术基础。第二道难关，是制备出性能合格的核钟晶体。“钍-229是一种极其稀缺的放射性同位素，几乎没有试错空间。”丁世谦说，团队在多方协同攻关下，仅用1.4微克的钍-229就一次性成功生长出毫米尺度的高质量掺钍氟化钙晶体，以极少的核素资源满足了核光钟研制需求。
最终，丁世谦带领团队搭建起一套覆盖核心光源、核钟晶体、核跃迁光谱探测到闭环运行的完整技术体系。实验结果显示，清华团队研制的核光钟秒级稳定度优于同期欧洲团队6倍。
丁世谦表示，未来，核光钟不仅有望在卫星导航、深空探测等场景下，大幅提升复杂环境下的定位与测控能力，还将成为人类检验基础物理规律的全新精密探测平台。更重要的是，核光钟的成功研制，标志着人类的量子操控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新的研究方向。
来源：北京日报
作者：何蕊
编辑：米果
审核：仁青
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