北京
记者7日从清华大学获悉，该校物理系丁世谦团队依托自主研制的148纳米连续波真空紫外激光，以及与合作团队共同研制的掺钍-229氟化钙晶体，将激光频率锁定至核跃迁，实现核光钟运行，推动量子精密测量由电子跃迁拓展至原子核跃迁。相关成果7日在线发表于《自然》杂志。该工作与欧洲团队同期完成，在国际上率先实现了钍-229核光钟的运行。
核光钟概念图。研究团队供图
清华大学物理系主任、杨振宁高等教授翟荟表示，核光钟有望成为新一代时间频率基准，其研制成功是本世纪以来量子精密测量领域的重要突破。“核光钟的研制成功及稳定运行意味着量子操控的能力深入到原子核尺度，为量子精密测量和量子操控开辟新的研究方向。”
原子钟是利用原子内部的电子在特定能级间的跃迁作为频率基准，是目前世界上最准确的时间测量工具，好像“听电子的节拍”来计时。而核光钟则是把“钟摆”放进原子核内部，利用原子核不同能级间的跃迁来计量时间，相当于“听原子核内部的节拍”来计时。由于原子核尺度远小于原子尺度，受外界电磁环境扰动影响更小，因而核光钟有望提供比原子钟更高精度、更实用的时间频率基准。
核光钟实验装置核心区域。研究团队供图
长期以来，核光钟研制面临两大难题：缺少148纳米连续波激光，以及钍-229核素稀缺。该研究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核跃迁的光源瓶颈。面对核素受限难题，在多方协同攻关下，团队使用仅有的1.4微克钍-229一次性成功生长出毫米尺度的高质量掺钍氟化钙晶体，其单次生长所用核素仅约为欧洲团队的二百分之一。团队完成了核跃迁光谱测量与频率闭环锁定，实现了从测量核跃迁到用核跃迁计时的关键跨越。同时，团队实现的核光钟秒级稳定度优于同期欧洲团队近一个数量级。
据介绍，该成果构建起从光源、晶体、光谱测量到闭环运行的完整技术体系，是我国科学界具有标志性意义的重大原创突破。固态核光钟未来有望为卫星导航、深空探测等场景中的高精度时间频率需求提供实用的技术选择。
文章来源：综合整理自科技日报微信（记者 华凌），新华社微信（记者 魏梦佳）
图片来源：科技日报微信（研究团队供图），中国教育新闻网（微信封面设计 马虹霞）
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本期编辑：庄元
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