国际上首批实现闭环运行的核光钟面世,人类的计时能力有望再次获得提升!据近期发表在《自然》杂志上的研究显示,中国科研团队成功研制出了钍-229核光钟,并实现了闭环运行,具有极其重大的里程碑意义。
有趣的是,同时期欧洲科研团队也独立完成了钍-229核光钟的闭环运行。不过,中国团队与欧洲团队研制的钍-229核光钟在技术实现上存在差异,并且实测显示,我国当前版本的钍-229核光钟的秒级稳定度比同期欧洲版本更优异。
至于两大科研团队为什么都选择钍-229,是因为该核素的第一激发核能级能量极低,仅约8电子伏特,可以被真空紫外激光直接激发,是目前最适合做核光钟的核素。
其实,核光钟本质上就是原子钟的进阶版本,基本思路都是用量子跃迁做为计时的频率基准。其中,原子钟是以核外电子能级跃迁的稳定频率作为计时基准,而核光钟以原子核能级跃迁的稳定频率作为计时基准。
人类早已经有了计时精度极高、非常成熟的原子钟,已被广泛应用在实验研究、卫星导航等领域,并且目前实验室中最先进的原子光钟的稳定度可以达到数百亿年甚至上千亿年差一秒,那么核光钟相较于原子光钟有什么优势呢?主要优势在于核光钟具有更强的抗干扰性,在保持极高精度的同时能更为稳定。这是因为原子核被核外电子包裹,核能级对外界电场、磁场、温度等波动的敏感度远低于电子能级。
尽管核光钟已首次实现闭环运行,但距离实用化还有一段距离,因为当前版本的核光钟尚处于原型验证阶段,大约300万年差一秒,计时精度和稳定度还远不如顶尖原子光钟。不过,其发展潜力巨巨大,一旦实用化,有望再次大幅提升人类文明的计时能力,让科学家能够从更高时间精度上开展科学实验。

