物理学家找到超精确核钟的理想晶体位点

物理学家确定了用于超精确核钟的完美晶体位置

研究人员像炼金术士一样培育晶体，规划出晶格内构建核钟的理想位点

阿金博斯塔奇盖蒂图片社

如今最先进的原子钟通过测量电子在特定激光照射下在能级间稳定跃迁的方式来计时，在迄今为止的整个宇宙年龄中，其精度损失将不到一秒。它们极其精准，但也异常脆弱：需要一整个实验室规模的真空室和屏蔽装置来防止杂散电场或磁场的干扰。为解决这些问题，科学家们计划深入原子内部一层，从外部的电子转向内部的原子核，追踪能量如何使单个中子在量子态之间翻转。维也纳技术大学的物理学家托尔斯滕舒姆表示，这种转变可使时钟的精度提高至多10倍，而且原子本身能为时钟屏蔽部分外界干扰。此外，这类原子可以被保护性地嵌入晶体中。

在《科学》杂志上发表的一项新研究中，舒姆及其同事绘制了钍原子在晶体中可能存在的四个位置的图谱，并发现其中一个位置近乎是制造有史以来最精确时钟的理想选择。

大部分原子中，以这种方式翻转中子所需的能量需要伽马射线激光器，而科学家目前还无法制造这种激光器。只有一个已知的例外，即一种名为钍229的同位素，研究人员发现它可以用紫外线激光器来触发。

内华达大学雷诺分校的物理学家安德烈杰列维扬科（AndreiDerevianko）解释说：钍229是自然界的一个奇特存在。它的原子核跃迁能量极低，这使得高纯度激光能够激发它。杰列维扬科并未参与这项研究。研究人员一直在寻找一种能够容纳并保护钍229