核子钟新突破　运行数10亿年不失1秒　科学家迈向极致精准计时

精确计时技术近年来取得重大突破。如今的光学原子钟已比传统的标准原子钟准确数百倍。然而，科学家们认为他们可以再上一层楼，创造出一种全新的计时器——核子钟。

在计时技术中，关键是能够精确测量一个极短的“节拍”。原子钟的节拍是电子在能级之间的跃迁。传统原子钟使用微波和铯原子进行测量，而更准确的光学原子钟则使用不同波长的光和不同的原子进行测量，虽然测量的还是电子跃迁。然而，在核子钟中，这种能量变化发生在原子核内，而原子核比电子要稳定得多，能使计时更精确。

问题是，对于核子钟来说，找到能量跃迁的准确频率非常困难。这次，研究人员使用了一个精确的光学原子钟、含有钍-229的晶体和雷射，成功测量了钍-229的跃迁频率——这是建造核子钟的重要一步。

“想像一只腕表，运行数十亿年也不会失去一秒，”美国国家标准技术研究院的研究员 Jun Ye 说。“我们离这个目标还有一段距离，但这次研究让我们朝这个方向迈进了一大步。”

原子核比电子稳定 运行数十亿年也不会失去一秒

为什么如此精确的时间测量这么重要？或许表面上看来没有立即的应用，但事实上我们每天都在间接使用原子钟。从银行转帐到导航系统，原子钟都扮演著重要角色。更精确的时间测量可以提升互联网速度、改善通信安全，甚至推动更多技术的发展。

“我们已经证明钍可以用来进行超高精度的测量，”维也纳工业大学的 Thorsten Schumm 说。“接下来只需要技术上的开发，并不会有太大的阻碍。”

这项突破性的研究发表在《自然》期刊上。

参考论文：1.Frequency ratio of the 229mTh nuclear isomeric transition and the 87Sr atomic clock（NATURE）

延伸阅读：科技新知｜科学家达成突破　机械人可改变形状　液化后再恢复原形

【本文获“明日科学”授权转载。】