中國科學家研製成功核光鍾

核光鍾是利用激光精確驅動一種特殊放射性同位素“釷-229”實現其原子核內部的能級躍遷，並以這一核躍遷的頻率作爲基準的計時裝置。我國科學家利用自主研制的148納米連續波真空紫外激光以及摻釷-229氟化鈣晶體，在國際上率先研制出核光鍾並實現其穩定運行，將量子精密測量由電子躍遷拓展至原子核躍遷。該成果10月7日晚在線發表於《自然》。

圖爲核光鍾概念圖。（研究團隊供圖）

清華大學物理系主任、楊振寧高等研究院教授翟薈表示，核光鍾有望成爲新一代時間頻率基準，其研制成功是本世紀以來量子精密測量領域的重要突破。“核光鍾的研制成功及穩定運行意味着量子操控的能力深入到原子核尺度，爲量子精密測量和量子操控開闢新的研究方向。”

原子鍾是利用原子內部的電子在特定能級間的躍遷作爲頻率基準，是目前世界上最準確的時間測量工具，好像“聽電子的節拍”來計時。而核光鍾則是把“鍾擺”放進原子核內部，利用原子核不同能級間的躍遷來計量時間，相當於“聽原子核內部的節拍”來計時。由於原子核尺度遠小於原子尺度，受外界電磁環境擾動影響更小，因而核光鍾有望提供比原子鍾更高精度、更實用的時間頻率基準。

圖爲核光鍾實驗裝置核心區域。（研究團隊供圖）

清華大學物理系副教授、北京量子信息科學研究院兼聘研究員丁世謙帶領研究團隊，在國際上首次研制出148納米連續波真空紫外激光，解決了精確驅動釷-229原子核內部能級躍遷的核心光源難題，同時與合作團隊共同研制出微量釷-229摻雜氟化鈣晶體，爲核光鍾研制奠定了核心技術基礎。

丁世謙介紹，團隊現已將激光頻率穩定鎖定至核躍遷，實現了核光鍾秒級穩定度優於同期歐洲團隊接近一個數量級，性能國際領先。“目前，我們已建立從核心光源、核光鍾晶體、核躍遷光譜到閉環運行的完整技術體系。”