神秘的“原子核钟”离我们越来越近

物理学家正在努力建造世界上第一台核钟。这种新型时钟不依赖电子能级跃迁（如现有光学原子钟），而是通过测量原子核内部——特别是钍-229同位素原子核——在不同能量状态间的跃迁来计时。由于原子核比电子更不易受外界电磁干扰，核钟有望兼具超高精度、强抗干扰能力和紧凑结构，未来可能走出实验室用于导航、通信或基础物理检验等实际场景。过去几十年，钍-229核跃迁能量长期难以精确测定；直到2024年，由张传坤（加州理工学院）和叶军（美国JILA研究所）领导的团队，利用飞秒光频梳技术，在掺杂钍-229的晶体中首次以极高精度锁定了该跃迁对应的能量——对应约148纳米波长的真空紫外光。要真正驱动核钟运转，还需一台稳定、高功率的连续波148纳米紫外激光器，但目前尚无成熟产品。中国清华大学团队近期在《自然》杂志报道了重要进展：实现了148.4纳米波长下100纳瓦的激光输出。尽管成果获肯定，但该方案需将有毒的镉蒸气加热至550°C，其长期稳定性与工程可行性仍存疑。目前，中美欧日十余个研究组正协同推进光源、核材料制备与探测系统等关键部件研发，预计2026年前后有望实现首次核钟信号测量。