核心突破与技术原理

中国科学家利用自主研制的148纳米连续波真空紫外激光以及掺钍-229氟化钙晶体，在国际上率先研制出核光钟并实现其稳定运行。这一成果将量子精密测量从电子跃迁拓展到了原子核跃迁，相关研究成果于10月7日晚在线发表在国际权威期刊《自然》上。

核光钟是一种计时装置，其原理是利用激光精确驱动特殊放射性同位素“钍-229”，实现其原子核内部的能级跃迁，并以该核跃迁的频率作为基准。

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介绍，传统原子钟利用原子内部电子在特定能级间的跃迁作为频率基准，相当于“听电子的节拍”；而核光钟则将“钟摆”置于原子核内部，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”。

研发过程与性能表现

丁世谦带领团队历经4年多攻关，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原子核内部能级跃迁的核心光源难题。同时，团队与合作方共同研制出微量钍-229掺杂氟化钙晶体，为核光钟的研制奠定了核心技术基础。

目前，研究团队已将激光频率稳定锁定至核跃迁，实现了核光钟秒级稳定度优于同期欧洲团队接近一个数量级，性能处于国际领先水平。丁世谦表示，目前已建立起涵盖核心光源、核光钟晶体、核跃迁光谱到闭环运行的完整技术体系。

学术意义与应用前景

清华大学物理系主任、杨振宁高等研究院教授翟荟认为，核光钟的研制成功是本世纪以来量子精密测量领域的重要突破，有望成为新一代时间频率基准。他指出，这意味着人类对量子操控的能力已深入到原子核尺度，为量子精密测量和量子操控开辟了新方向。

科学家认为，由于原子核尺度远小于原子尺度，受外界电磁环境扰动的影响更小，因此核光钟有望提供比传统原子钟更高精度且更实用的时间频率基准。

在应用方面，科研人员认为固态核光钟具有潜在的小型化和工程化优势，未来可为深空探测、卫星导航等场景中的高精度时间频率需求提供实用技术选择。此外，由于钍-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，核光钟还可作为检验基本物理规律的新型精密探测平台。