10月7日，清华大学物理系副教授丁世谦团队在《自然》发表题为“锁定至钍-229的核钟”的论文，在国际上率先实现了钍-229核光钟运行。 这项工作与欧洲团队同期完成，但中国团队的核光钟秒级稳定度优于同期欧洲团队接近一个数量级。 不过先澄清一个被大量转载写错的点：核光钟今天并没有在“准”上超越最好的原子钟。NIST在8月的官方技术评估指出，两支团队的原型机单日频率漂移对应的误差约为300万年偏差1秒，仍未超越最顶尖传统原子钟每400亿年误差不超过1秒的长期精度。 这台钟真正的分量，在于人类第一次把可运行的计时基准从电子壳层挪进了原子核。人民网新华网科技日报
为什么要把钟放进原子核
原子钟数的是电子跃迁的“节拍”，目前最精确的原子光钟已经准到运行千亿年误差不超过一秒。 但电子生活在原子外围，易受温度、磁场、电磁脉冲等外界环境干扰，精度已经逐步逼近理论天花板。光明日报科技日报
核光钟把“钟摆”换成了原子核内部的能级跃迁：原子核比原子小了四五个数量级，而且质量比电子重得多，跃迁频率更稳定、对周围电磁环境不敏感。 “不敏感”最直接的意义是，钍-229可以直接掺进固体晶体里做成方便搬运的钟，有望提供比传统原子钟更高精度、更实用的时间频率基准。光明日报新华社
卡了几十年的脖子：一束光，一块晶体
核光钟方案提出多年，却一直卡在实验室门口，因为两样东西都缺。先是光。已知的20万个原子核激发态，跃迁能量几乎都在万电子伏以上，现有技术根本做不出对应波长的激光；钍-229是极其特殊的例外，跃迁能量只有8.4电子伏特，恰好对应148纳米，是目前唯一已知的可以用激光操控的原子核跃迁。 但缺乏这个波长的连续波激光是制约核光钟研制的核心瓶颈，丁世谦团队在国际上首次研制出148纳米连续波真空紫外激光，解决了精确驱动钍-229核跃迁的核心光源难题。 这束光今年2月就已以《连续波窄线宽真空紫外激光光源》为题登上《自然》，被校方称为攻克核光钟研制的“最后一道核心瓶颈”。光明日报新华网清华大学
再是晶体。钍-229极其稀缺，团队与合作方仅用1.4微克钍-229，就一次性成功生长出毫米尺度的高质量掺钍氟化钙晶体。 同期欧洲团队采用高浓度钍晶体光管吸收读出方案，中国团队则用自主研制的148纳米真空紫外激光搭配低浓度掺钍晶体，单次生长用掉的核素仅约为欧洲团队的二百分之一。 把激光频率稳定锁定到核跃迁之后，整台钟才真正“走起来”，而论文共同第一作者中有多名00后博士研究生。新华网科技日报人民网
“目前，我们已建立从核心光源、核光钟晶体、核跃迁光谱到闭环运行的完整技术体系。”丁世谦这样总结这次攻关。新华社
还没赢下精度，为什么值得庆祝
眼下谈落地不能太乐观：即便是进展最快的核光钟，目前也还只是实验室原型装置，体积庞大、运行条件苛刻，小型化与星载、车载等场景适配是各国下一阶段的共同挑战。科技日报
但丁世谦已经看到了近处的路：这次突破为导航和通信设备中实现紧凑且坚固的光学时钟开辟了可能的道路。科技日报
计时之外还有更大的用处：钍-229核跃迁对基本常数变化等新物理效应具有显著增强的灵敏度，这台钟可以充当检验基本物理规律的新精密探测平台。 所以，清华这台核光钟的首秀，不是在排行榜上掀翻原子钟，而是第一次证明：原子核里那个节拍不但存在，而且能被锁定、被使用。接下来比的才是把它从实验室搬上卫星和舰船的工程功力——而在这一代时间标准的起跑线上，中国团队已经先人一步。新华社
