这些时钟利用精确的激光来测量钍-229原子核内部的跃迁。图片来源：Getty 两个物理学团队成功研发出了世界首个核时钟。这些革命性的新设备利用原子核能量状态的波动来计时，而不是目前原子钟所依赖的电子波动。花费超过20年的时间，物理学家们终于找到了提取原子核“滴答声”并用其计时的方法。由于原子核不易被扰动，并且在晶体中受到保护，核时钟应该比现有的最佳时钟更加坚固和便携。除了可能在未来更为精确外，它们还为物理学家们提供了一种前所未有的方式来探究核内的相互作用。两个核时钟在6月3日和7日以研究论文的形式发布在预印本服务器arXiv上，由欧洲和中国的团队共同展示。以色列雷霍沃特魏兹曼科学研究所的理论物理学家吉拉德·佩雷斯表示，这显示核时钟已经从“潜在”系统发展为“一个可工作的精密仪器”，可以用于寻找新物理现象。维也纳科技大学的原子物理学家、欧洲团队的核心成员托尔斯滕·舒姆表示，研发核时钟“是梦想成真”。直到最近，这一领域一直是“一个平静的小众市场”。他说：“现在我们面临着激烈但友好的全球竞争。” 滴答声 所有时钟都需要稳定的振荡——比如摆钟的摆动——来计时。在最佳的原子钟中，这种振荡是由可见光波长引发的，使电子在能级之间跳跃。物理学家确定了引发电子状态转变所需的激光光特定频率，然后利用该频率来计时。核时钟与此不同。它不是通过使电子在能级之间跳跃来计时，而是通过将钍-229原子核内部的质子和中子提升到更高的能量状态来计时。大多数元素需要巨大的能量来重新组织其原子核，但钍显得不同寻常，因为它具有如此接近的稳定能级，仅凭紫外激光光的轻轻推动就可以引发跃迁。‘核时钟’的突破为超精准计时铺平道路 物理学家们怀疑钍的特性已有数十年，但直到2024年，他们才最终成功地在装载了数万亿钍-229原子的毫米大小的氟化钙晶体中触发核跃迁。随后的一年，另一个团队确定了这一过程发生的精确频率。核时钟正常工作的唯一缺失之处是找到一种方法将激光频率锁定在自然计时器上，让时钟的滴答速度不会随时间漂移。两个团队都通过监测钍-229原子吸收了多少激光光来实现这一点。舒姆表示，当激光在正确范围内时，随着光子的吸收，信号强度下降。但如果频率漂移，“你会看到信号又恢复上升，并可以立即进行纠正，”他说。两个团队在具体方法上有所不同：中国团队由清华大学的物理学家丁石倩领导，使用的激光功率约为欧洲团队的100倍，但他们的晶体中钍-229原子的浓度较低，因此两个时钟产生的信号总的来说是可比较的。两个团队的时钟均可靠地滴答，经过一天的漂移相当于约每三百万年只有1秒的偏差（尽管目前这一数值仍低于最佳光学原子钟的稳定性，后者每400亿年才会增减1秒）。