一台核光钟的钟摆，是一块比米粒还小的透明晶体。晶体里掺的钍-229，只有1.4微克。10月7日，清华大学丁世谦团队把一束148纳米的激光锁在钍-229的核跃迁上，让核光钟稳定跑了起来。 同一天，欧洲团队在《自然》上也发了一台。新华网Nature
核光钟的道理不复杂：原子钟听电子跃迁的节拍，核光钟把钟摆换成原子核。原子核被电子层包着，外界电磁场很难扰动它；钍-229碰巧有一个148.4纳米的低能核跃迁，是已知唯一能用激光直接打到的核跃迁。把钍掺进氟化钙晶体，常温下就能让上千万亿个核同时“摆”，不用激光冷却，也不用把原子一个个囚禁起来。知乎
但要让这声“滴答”变成钟，先得有一束足够纯、足够亮、一直亮着的光。148纳米已经在真空紫外，空气会吸收，普通玻璃和透镜也会吸收；常规做紫外激光的办法是把长波光倍频，可大多数非线性晶体到了这个波段自己先把光吃掉了。2024年，欧洲团队用脉冲激光第一次打中钍-229的跃迁，美国JILA用光频梳把频率测准；但脉冲光颜色不纯，真正对准核跃迁的功率太弱，能“看见”，却锁不住。要做钟，需要连续波。
清华换了一条路：把一束375纳米的紫外光和一束710纳米的红光送进600℃的镉蒸气，让镉原子把两个375纳米的光子和一个710纳米的光子合成一个148.4纳米的光子——四波混频。两束光来自5瓦和10瓦的光纤激光，从镉炉里出来10微瓦的连续光，线宽估计在1赫兹以下。 欧洲那台的连续光源只有纳瓦级。 团队2021年底从零起步，2025年初第一次看到信号，今年2月把光源发上《自然》，到这台钟，功率又提高100倍。Nature知乎
第二道难关是晶体，也是1.4微克的故事所在。钍-229不是从矿石里炼出来的，它主要来自铀-233的衰变，全球存量很少，获取也受限。清华能用来长晶体的钍-229，只有1.4微克，没有反复试错的余地：长废了，材料就没了。人民网
他们的办法不是“省着用”，而是把生长体系缩到和这点料匹配。常规的布里奇曼法要移动坩埚；清华和上海硅酸盐所改用温度梯度法，坩埚不动，靠石墨加热器每小时降2℃，在低于10⁻³帕的真空里让晶体原地长出来。上海光机所先长的那根长约1厘米，有气泡，148纳米透过率只有1%；他们后来用一次生长得到一根无气泡的晶体，直径1.09毫米，长4.94毫米。 它的148纳米透过率是7%，才让钟跑好。Nature
反直觉的是，1.4微克投料，加上更小的晶体，钍浓度约为欧洲那块的三十分之一。掺得稀，晶格里的钍核没挤得那么密，谱线反而更窄：清华这块约27千赫兹。 欧洲那块约100千赫兹。 谱线越窄，激光越容易对准。NatureNature
可掺得少也意味着吸收弱——钍核在共振时只吸走约万分之三的光。于是又回到光：更强的光、更灵敏的读出。团队把光电倍增管换成光电管，直接读透射光电流；打到探测器上的光有350纳瓦，欧洲那台约65皮瓦，差了五千多倍。 光、晶体、探测三件事，到这里才咬合上。知乎
论文给出的结果是：核光钟的秒级频率不稳定度为5×10⁻¹³/√τ。 欧洲那台是3×10⁻¹²/√τ，清华这台比它稳约6倍。 两块独立生长的晶体，跃迁频率在10⁻¹³量级上一致，也和JILA此前的结果对得上。换一块晶体，钟还是那只钟。知乎Nature
但核光钟现在还比不上最好的原子光钟。它仍处在原理验证阶段，光源背后是一台600℃的镉炉和两台大功率光纤激光，要占几平方米的光学平台；论文预计，换更长的晶体、更好的腔，稳定度还有几个数量级的空间。
所以，1.4微克的意义不在省料。材料少到不能再少时，唯一的路是把每一步都做对：光够纯，晶体够干净，探测够灵敏。清华这台钟的稳定度，最后就落在这些分寸上。钟摆已经摆起来；要装进机箱，还得等光源和晶体再往前走。
