北京
日前，清华大学联合国内多个研究团队在国际上率先研制出“核光钟”，实现了量子精密测量由电子跃迁迈向原子核跃迁，为新一代高性能时间频率基准、深空探测和基础物理研究开辟了新的技术路径，国际期刊《自然》于10月8日刊发了该项研究成果。“核光钟”被视为继原子微波钟和原子光钟之后的新一代时间频率标准，是当前量子精密测量领域的前沿攻关方向。
清华大学科研团队历时近五年，原创性发展了148纳米连续波真空紫外激光技术，并利用这一光源精确驱动放射性同位素钍-229的原子核跃迁，将激光频率稳定在这一核跃迁上，从而研制出了“核光钟”。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用一个形象的比喻解释了其中的原理：老式的钟摆每秒钟差不多摆动一次，可以通过数钟摆摆动了多少次来知道时间过了多少，而这次的“核光钟”就是用原子核的节拍作“钟摆”，这个节拍比挂钟快得多，每秒钟差不多是2000万亿次，把时间切割得非常细，通过数有多少次节拍，就可以知道精确的时间。
据了解，目前最精确的原子光钟原理是记录原子内部电子跃迁的节拍，但要把原子光钟做到极高精度，需要精细控制电场、磁场、温度以及激光系统等带来的各种扰动，因此目前性能最高的原子光钟仍主要运行在实验室中，其小型化和工程化仍面临挑战。“核光钟”则把计时基准从电子跃迁转移到了钍-229原子核内部的核跃迁。丁世谦介绍，原子核的大小大约只有核外电子云尺寸的几万分之一，这就导致原子核的节拍更加稳定，从而研制出来的“核光钟”就有望更加精准，同时还有望实现小型化，把一个极高精度的计时装置真正用起来，而不只是实验室里的一个工具。
据介绍，“核光钟”未来有望应用于导航和深空探测等领域，对卫星、航天器进行更加精准的定位和距离测量，服务国家重大需求。
图片来源：央视新闻
编辑：柯欣
审核：王汝霖
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