有望超越原子鐘的超精確計時，全球第一個‌「核鐘」原型問世

原子鐘是世上已知最準確的時鐘，每幾百萬年僅誤差幾秒，但最近，科學家推出的第一個「原子核鐘」原型可能搶走鋒頭，有望超越傳統原子鐘精度，徹底改變各領域計時與科學測量方式，民生方面則能改善導航、帶來更快的網路速度。

原子鐘透過計算某些原子的規律振動頻率來計時，比如銫-133 每秒振動 9,192,631,770 次，原子鐘測量該振動頻率來正式指定 1 秒長度，簡單說，我們的世界透過原子鐘滴答聲來計時。

常見原子鐘類型包括氫原子鐘、銫原子鐘、鉭原子鐘，雖然每種原子鐘技術細節與性能特點略有不同，但無論哪種，都已廣泛應用於全球標準時間、全球定位系統（GPS）、通信系統、科學研究、其他需要更精確時間測量的領域。

幾個月前，維也納工業大學 Thorsten Schumm 團隊剛取得一項重大成功，首次利用雷射將釷-229 原子核轉移至更高能量狀態（從一種狀態切換至另一種狀態），不只確認釷原子核躍遷正確能量，也預期能刺激其他物理團隊帶來創新研究。

僅僅過幾個月，團隊這項基礎科研就成功應用於實際面，與美國實驗天體物理聯合研究所（JILA）合作帶來另一項重大突破：比原子鐘更準確的新型量子計時裝置──原子核鐘。

▲ 核鐘工作原理：使用紫外線激發特殊原子（如釷 229）的原子核。（Source：美國國家標準暨技術研究院）

原子鐘基本運作原理為利用原子內部電子能級轉換，這些轉換會發出或吸收特定頻率的電磁波，當波頻率恰好與能級之間的能量差相等，就會發生共振，而原子鐘內部有一個能發出與原子共振頻率相同的穩定微波源，一旦微波頻率被鎖定在原子共振頻率，每次原子發生躍遷都可以視為一個時間單位，如此原子鐘就能精確計算時間。

核鐘工作原理類似原子鐘，只不過核鐘不測量原子振動，而是關注更小的原子核，現在團隊透過將紅外線頻率轉變為紫外線頻率的新方法，成功耦合原子鐘與釷原子核、展示全世界第一個核鐘，或者說展示出製造核鐘所需的所有零組件、技術。

雖然這個實驗還處於原型階段，實際上尚未帶來比原子鐘更高計時精度，但它包含核鐘所有關鍵技術，就像第一批汽車推出時跑得沒馬車快，卻為交通工具引入新概念，核鐘原型將徹底改變各學科計時與科學測量。

對一般大眾來說，核鐘可能帶來更精確導航系統、更快網路速度、更穩定網路連線、更安全數位通訊。

新論文發表在《自然》（Nature）期刊。

• Precision Meets Power in the World’s First Thorium Nuclear Clock

• Breakthrough: Scientists Create World's First Nuclear Clock Prototype

• World-first nuclear clock prototype could outperform atomic clocks

• A nuclear clock prototype hints at ultraprecise timekeeping

• Major Leap for Nuclear Clock Paves Way for Ultraprecise Timekeeping

（首圖來源：維也納工業大學）

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