本網綜合  Will Dunham 報導 分別在維也納與北京開展工作的科研團隊研製出全球首批兩臺可投入運行的核鐘。研究人員稱這是計時技術領域的重大進展，未來擁有廣闊實際應用前景，同時也為基礎物理學研究提供了全新工具。

這兩套裝置屬於下一代原子鐘；原子鐘這類超高精度計時設備最早問世於1949年。兩支科研團隊於週三在《自然》期刊上發表論文介紹該成果。他們表示，核鐘理論性能有機會超越現有性能最優的傳統原子鐘，但現階段尚未實現這一目標。

之所以命名為核鐘，並非像普通人可能設想的那樣依靠核聚變或者裂變提供動力；它的計時原理是利用高功率鐳射，監測鐳射與原子核之間的相互作用。兩臺核鐘均以釷-229（釷的一種同位素）為核心，釷-229被束縛在氟化鈣固態晶體當中。

清華大學物理學家丁世建是中方團隊負責人之一，他表示：“兩支團隊獨立開展研究，採用不同實驗方案，同時實現了釷-229核鐘運行。我認為這非常鼓舞人心，說明該技術構想本身是可靠的，並不局限於某一套特定技術路線。”

維也納工業大學物理學家托爾斯滕・舒姆（Thorsten Schumm），維也納團隊負責人之一談到：“實現核鐘是物理學家近五十年來的夢想。我們團隊從2008年起就一直在朝著這個目標努力。”

舒姆設想，核鐘未來可以應用於衛星導航、數據傳輸同步以及計量學（有關測量及其實際應用的學科）等領域。

傳統原子鐘利用鐳射或者微波，驅動原子殼層內的電子在兩個能級之間來回躍遷完成計時，常用元素包括銫、鍶。而新型核鐘依靠鐳射，驅動釷-229原子核內部的質子與中子，在原子核的不同能級之間發生躍遷以此計量時間。

這一構想背後的邏輯是：原子核的尺度遠小於週邊電子殼層；追蹤原子核能級躍遷，有望實現比電子躍遷更高的計時精度。

技術仍有待完善

舒姆坦言，目前核鐘距離預期的目標性能“還有很大差距”，科研人員仍需要繼續優化整套技術。

舒姆說：“有意思的地方在於：維也納核鐘所用釷晶體的品質略佔優勢，同位素濃度更高、光學性能更佳；而北京團隊擁有功率更強的鐳射。因此，如果能夠把雙方的優勢部件整合在一起，我們就有望打造一臺性能更加出色的時鐘。”

目前性能頂尖的傳統原子鐘，可以做到運行數十億年僅偏差一秒。這種超高精度對全球衛星導航系統，以及互聯網、蜂窩移動通信、光纖通信都至關重要。研究人員認為，核鐘技術成熟之後，計時精度還有望再上一個臺階，同時設備體積還有機會做得更小，對使用環境也不用那麼嚴苛。

核鐘也為基礎物理探索帶來新的可能性。維也納團隊已經嘗試利用這臺核鐘開展精密物理實驗，用於搜尋暗物質——暗物質是宇宙的重要組成部分，至今還沒有被直接觀測到。該實驗尚未探測到暗物質，但這臺核鐘的性能已經達到了頂尖原子鐘的水準。

舒姆表示：“它為我們打開了一整個全新的物理世界。”