据路透社10月7日报道，分别在维也纳和北京开展工作的科研团队研制出世界上首批两台可运行的核光钟。他们称这是计时领域的一项重要进展，有望得到广泛的实际应用，并为研究基础物理学提供一种新工具。
这两台装置代表了下一代原子钟。原子钟是1949年首次问世的超高精度计时设备。
两个研究团队7日在《自然》周刊分别发表的科学论文中介绍了他们的成果。他们说，核光钟有潜力超越性能最优秀的传统原子钟，但目前还没有做到这一点。
这两台装置被称作核光钟，并不是像普通人可能猜想的那样因为依靠核聚变或核裂变供能，而是因为时间是通过观测光(一种高功率激光)与原子核之间的相互作用来计算的。这两台核光钟都基于钍元素的一种形态，即同位素钍-229，该同位素被固定在固态氟化钙晶体中。
参与领导北京核光钟研发团队的中国清华大学物理学家丁世谦说：“两个团队独立开展工作，使用不同的实验方法，同时研制出可运行的钍-229核光钟。我认为这非常鼓舞人心，因为它证明这个构想稳健可行，不依赖某一种特定的技术实现方案。”
参与领导维也纳核光钟研发团队的奥地利维也纳工业大学物理学家托尔斯滕·舒姆说：“制造核光钟是物理学家将近50年来梦寐以求的事。我的团队从2008年起就朝着这个目标努力。”
舒姆说，他设想核光钟可以应用于卫星导航、数据传输同步、测绘和计量领域。
传统原子钟使用激光或者微波，让被称为电子的亚原子粒子在原子壳层的两个能级之间来回跃迁，以此计量时间。原子钟使用铯或者锶等元素。新型核光钟使用激光，让名为质子和中子的亚原子粒子在原子核内部的能级之间来回跃迁，以此计量时间，这里的两个团队使用的是钍-229。
这一构想认为，追踪原子核内部的能级跃迁，或许可以达到比追踪电子跃迁更高的精度，因为原子核的尺寸远小于包围原子核的电子位于其中的原子壳层。
舒姆说，核光钟目前依旧“远未达到目标性能”，研究人员正致力于完善这项技术。
舒姆说：“这里真正奇妙的是，维也纳核光钟拥有品质略好的钍晶体，其浓度更高、光学性质更佳，而北京团队拥有更强大的激光。所以只要把这些部件结合起来，我们就能制造出性能显著提升的钟。”
性能最优的传统原子钟在数十亿年里误差仅为1秒。这种超高精度对于全球导航卫星系统、互联网、蜂窝网络和光纤通信等应用至关重要。研究人员认为，核光钟一旦完善，或许能更好地完成这些工作，并且体积更小、更不容易损坏。
核光钟有望用于探索基础物理学。维也纳团队证明，他们的核光钟能够开展高精度物理实验。该团队尝试探测暗物质，暗物质是宇宙的关键组成部分，到目前为止还没有被观测到。虽然这项实验并没有探测到暗物质，但这台核光钟达到了最优原子钟的性能水平。
舒姆说：“它打开了一个全新的物理学世界。”（编译/卿松竹）

来源 | 参考消息智库

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编辑 | 田欣


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