浙江
科学家们正将时间切分得前所未有地精细。近期，两支国际研究团队分别在实验室中构建出了全新的“核钟”，利用钍‑229原子核的高频振动来计时，被视为时间测量技术上的重要里程碑。
从数数、观察钟摆摆动，到利用石英晶体在电场作用下产生的压电振动，人类发明了多种计时方式，精度也在不断提高。过去七十多年里，依靠铯原子电子在不同轨道之间的跃迁频率，原子钟一直是时间计量的“金标准”。
然而，电子并不是原子内部唯一可以规则振动的部分。原子核本身也会在不同能级之间发生类似“振荡”，而且振荡对应的能量更高、频率更快，意味着单位时间内可以塞入更多“滴答”，从而在理论上提供比传统原子钟更高的时间分辨率。
早在2003年，研究人员就意识到，某种钍同位素的假想“核跃迁”频率，可能落在现代激光技术可以覆盖的范围之内，使其有望被激发并用于计时。此后，他们花费13年时间，终于在实验中观测到这一现象，又用大约12年进一步精确测定了所需紫外光的具体波长，为打造真正可用的“核钟”做好了关键参数准备。
真正的难关出现在工程实现层面：要在大气中传输这种极易被气体吸收的深紫外光，必须找到一种既能稳固束缚钍‑229原子核、又便于光照射的固体环境。最新的两项实验工作中，一支由维也纳量子科学与技术中心研究人员卢卡·托斯卡尼·德·科尔领衔的团队，另一支由清华大学物理学家黄北辰带领的团队，都选择将钍‑229原子核封装在氟化钙晶体中，成功跨过了这一技术门槛。
为了克服余下的实验挑战，两组团队采用了不同策略：黄北辰团队通过提高紫外激光的功率增强激发效率，而托斯卡尼·德·科尔团队则选择增加钍‑229同位素在晶体中的浓度，以提升信号强度。这两条路线最终都实现了可运行的核钟原型，为核能级振荡走向实用化计时装置提供了现实佐证。
目前，人类最先进的离子原子钟可以将时间精度推到小数点后19位，这意味着在宇宙年龄尺度下，它们累计误差依然极其微小。理论研究显示，基于钍‑229核跃迁的核钟，有望在这一水平之上再进一步，把时间切分得更加细致。
时间被切得越细，科学家就越有可能察觉到极其微弱的效应，例如重力和加速度对时空结构施加的细微影响。超高精度时钟不仅是验证广义相对论等理论的利器，也为在极小尺度上寻找标准模型可能存在的破绽提供了新工具。
为检验新装置的性能，托斯卡尼·德·科尔团队还将核钟用于搜寻低质量暗物质的迹象，希望通过时间频率的异常微小变化捕捉暗物质与普通物质相互作用的蛛丝马迹。如果这类实验成功，将有望为解释宇宙中约85%尚未被直接探测到的质量成分提供关键线索。
目前，这两项成果均以预印本形式发表于arXiv平台，对实验细节和数据进行了公开。可以预见，随着相关技术不断成熟，核钟将在基础物理研究、导航系统、地球重力场测量乃至高精度通信等领域打开新的应用空间，为人类掌握时间的能力再添一枚“终极秒表”。
与用“Mississippi”数秒相比，这些以原子核为“摆针”的新一代时钟，显然让我们距离完美计时又近了一步。
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