北京
量子精密测量由电子跃迁迈向原子核跃迁
中国青年报客户端北京10月8日电（中青报·中青网记者 杨洁）今天，记者从清华大学获悉，清华大学物理系丁世谦团队利用自主研制的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，将激光频率稳定锁定至核跃迁，实现核光钟运行。10月7日，相关成果以“同步至钍-229的核钟”（A nuclear clock synchronized to Th-229）为题在线发表于《Nature》杂志。该工作与欧洲团队同期完成，在国际上率先研制出钍-229核光钟。
当前，原子光钟和原子微波钟利用原子中的电子跃迁，分别提供了最精确和最实用的时间计量。核光钟则利用钍-229原子核内部跃迁作为频率参考。由于原子核尺度远小于原子尺度，核跃迁受部分外界电磁环境扰动的影响更小，因而原理上有望提供比原子光钟更高精度的时间频率基准；同时，固态核光钟具有潜在的小型化和工程化优势，有望为卫星导航、深空探测和国防安全等场景中的高精度时间频率需求提供实用的技术选择。因此，核光钟有望成为继原子微波钟和原子光钟之后的新一代时间频率标准，是当前量子精密测量领域国际竞争的重要前沿。
此外，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，核光钟可为检验基本物理规律提供新的精密探测平台。核光钟的实现还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。
核光钟的研制成功，是本世纪以来量子精密测量领域最重要的突破之一。团队成功研制148纳米连续波激光，并基于此率先实现核光钟运行，建立了从核心光源、核钟晶体、核跃迁光谱到闭环运行的完整技术体系，这一系列突破是我国科学界具有标志性意义的重大原创性成果。
在成果完成后的短短数月内，丁世谦就荣获了2026年世界顶尖科学家奖“青年科学家奖”，颁奖词明确肯定其“在连续波真空紫外激光、钍-229核钟与核量子精密测量领域取得开创性实验成果”。
丁世谦表示，核光钟涉及真空紫外激光、晶体材料、精密光频控制、放射性核素和弱信号探测等多个技术环节，其研制离不开长期支持和多学科协同。
据了解，晶体研制是此次工作中多单位协同攻关最集中的环节之一，在薛其坤院士、段文晖院士等的协调和推动下，中国科学院上海光学精密机械研究所、中国科学院上海硅酸盐研究所和中国科学院上海应用物理研究所与清华大学团队一道，围绕掺钍-229氟化钙晶体制备及表征开展协同攻关，为核光钟的实现奠定了坚实基础。北京大学张熙博团队和中国计量科学研究院林弋戈团队则在超稳激光、频率计量及精密测量等关键环节提供了重要技术和智力支持。清华大学校内的长期合作和支持同样发挥了重要作用，物理系莫宇翔教授和尤力教授在连续波真空紫外激光研究过程中，在四波混频和光频梳等方面给予了重要帮助；清华大学核能与新能源技术研究院刘学刚团队则参与了掺钍晶体的制备与表征，并在钍-229相关实验条件方面给予了重要支持。
该论文的通讯作者为清华大学物理系副教授、北京量子信息科学研究院兼聘研究员丁世谦、中国科学院上海硅酸盐研究所研究员苏良碧、中国科学院上海光学精密机械研究所研究员杭寅和北京量子信息科学研究院博士后卜文浩；共同第一作者为清华大学物理系2022级博士生黄北辰、2024级博士生严高伟、2025级博士生肖琦、北京量子信息科学研究院博士后卜文浩、中国科学院上海光学精密机械研究所正高级工程师赵呈春、中国科学院上海硅酸盐研究所副研究员张振和中国科学院上海应用物理研究所正高级工程师严超。
本研究得到清华大学笃实计划、北京量子信息科学研究院、北京市科技计划、国家自然科学基金，以及中国科学院相关科研项目等支持。
特别声明：以上内容(如有图片或视频亦包括在内)为自媒体平台“网易号”用户上传并发布，本平台仅提供信息存储服务。
Notice: The content above (including the pictures and videos if any) is uploaded and posted by a user of NetEase Hao, which is a social media platform and only provides information storage services.
