核钟研究突破：钍-229信号读出速度提升百倍
赛先生 ｜ 2026-09-19

导读：

人类对宇宙的探索永无止境。 倘若想抓住时间长河里最细的那粒沙，你得借助这个神秘原子核的力量。

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高精度原子钟可以用来寻找暗物质对基本物理量造成的微小影响。图片：J. Wang/NIST

2026年9月16日，《自然》杂志刊登了一篇来自奥地利维也纳工业大学团队的研究：研究者使用窄线宽148纳米连续波紫外激光，测到了掺钍-229氟化钙晶体的吸收共振谱，其单点探测速度相比传统的荧光探测法快了两个数量级，为下一代精密时钟——核钟的快速纠偏提供了关键条件。[1]

为何要做核钟？

一个精确的时钟起的作用可能超乎想象：比如，GPS要靠信号传播的时间计算距离。卫星钟每差100纳秒，定位就可能偏30米。 [2] 若不校正，定位一天就能差出十多公里，因此卫星要携带铷原子钟等高稳定时钟，以确保地面生活的稳定运行。而更精准的钟还可以监控基本物理常数的稳定性，从而可能发现或者排除一类暗物质模型。

怎样才能得到精确的时间呢？就像钟摆的频率是一秒摆一圈，我们可以通过一个精确、稳定的激光频率来得到精确的时间。而原子谱线就是天然的激光频率基准，所以寻找更窄（更精确）、频率更高的原子谱线就成了人们追求的目标。 [4][6][7]

目前性能最好的锶光钟已达到10^-19量级的稳定度，但人们发现，钍-229碰巧有一条低能核跃迁，波长148.4纳米，频率2.02拍赫兹，接近锶光钟基频的5倍。并且，钍核激发态在氟化钙晶体中的寿命约为600秒，其长寿命带来的自然线宽预计只有毫赫兹，适合充当精细的频率标尺。[1]