核子鐘突破：極限時間測量再進一步

精確計時技術近年來取得重大突破。如今的光學原子鐘已比傳統的標準原子鐘準確數百倍。然而，科學家們認為他們可以再上一層樓，創造出一種全新的計時器——核子鐘。

在計時技術中，關鍵是能夠精確測量一個極短的「節拍」。原子鐘的節拍是電子在能級之間的躍遷。傳統原子鐘使用微波和銫原子進行測量，而更準確的光學原子鐘則使用不同波長的光和不同的原子進行測量，雖然測量的還是電子躍遷。然而，在核子鐘中，這種能量變化發生在原子核內，而原子核比電子要穩定得多，能使計時更精確。

問題是，對於核子鐘來說，找到能量躍遷的準確頻率非常困難。這次，研究人員使用了一個精確的光學原子鐘、含有釷-229的晶體和雷射，成功測量了釷-229的躍遷頻率——這是建造核子鐘的重要一步。

「想像一隻腕錶，運行數十億年也不會失去一秒，」美國國家標準技術研究院的研究員 Jun Ye 說。「我們離這個目標還有一段距離，但這次研究讓我們朝這個方向邁進了一大步。」

原子核比電子穩定 運行數十億年也不會失去一秒

為什麼如此精確的時間測量這麼重要？或許表面上看來沒有立即的應用，但事實上我們每天都在間接使用原子鐘。從銀行轉帳到導航系統，原子鐘都扮演著重要角色。更精確的時間測量可以提升網路速度、改善通信安全，甚至推動更多技術的發展。

「我們已經證明釷可以用來進行超高精度的測量，」維也納工業大學的 Thorsten Schumm 說。「接下來只需要技術上的開發，並不會有太大的阻礙。」

這項突破性的研究發表在《自然》期刊上。

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首圖來源：Oliver Diekmann, TU Wien cc By4.0

圖片來源：NATURE cc By4.0

參考論文：

1.Frequency ratio of the 229mTh nuclear isomeric transition and the 87Sr atomic clock

NATURE

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