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关键技术得到突破 核钟距离我们越来越近
2024年09月09日 11:32:48
来源：化工仪器网 作者：小王 点击量：5291
核钟利用原子核内部质子和中子在特定能级之间的跃迁来计时。相较于原子钟，这种跃迁涉及原子核内部结构的精细变化，而原子核受到外部环境的干扰远小于电子，因此原子核的跃迁稳定性更高。
【化工仪器网 行业百态】原子钟是一种基于量子力学中的原子能级跃迁进行计时的时间测量设备，其稳定性非常高，一般来说数百万年内才会产生1秒的误差。也正因为其高精度的特点，原子钟在多个领域中都有广泛的应用，尤其是在导航、通信、航天领域，具备一定的不可替代性。可即便如此，科学家依旧不满足于现状，一直在寻找一种超越现有原子钟的超精确计时技术。核钟便是一个重要的发展方向。
核钟利用原子核内部质子和中子在特定能级之间的跃迁来计时。相较于原子钟，这种跃迁涉及原子核内部结构的精细变化，而原子核受到外部环境的干扰远小于电子，因此原子核的跃迁稳定性更高。
但发展核钟本身存在许多现阶段难以解决的难点。一方面，由于原子核的能级跃迁非常难以直接观察和测量，因此需要极高的能量和精度来激发和探测这些跃迁——大多数原子核需要相干X射线(高频光)撞击才能实现能量跃迁，远超现有技术所能产生的能量。另一方面要精确控制激光频率以匹配原子核的跃迁能量，需要先进的技术进行测量，目前，这些技术仍处于发展阶段。
关于这两方面难题，前者在科学家的不断探索中得到了解决。科学家发现钍-229的原子核能量跃迁比任何其他已知原子都小，只需紫外光激发即可，因此也顺理成章的将其作为一个重要的突破口。
而另一个问题似乎也在最近得到了起色。据悉，由美国国家标准与技术研究所和科罗拉多大学博尔德分校联合成立的实验天体物理联合研究所(JILA)领导的国际团队，成功运用专门设计的紫外线激光，对嵌入固体晶体的钍原子核中能量跃迁的频率进行了精确测量。并借助光学频率梳计算出产生该能量跃迁的紫外线波周期数。这一实验一定程度上涵盖了核钟的所有关键技术。值得一提的是，新研究中，研究团队还建立了核跃迁和原子钟之间的首个直接频率链接，这将是开发核钟并与现有计时系统集成的关键一步。
可以期待的是，随着技术的不断进步和研究的深入，核钟技术趋于成熟，它将为基础物理研究及精密测量学带去新的可能，众多技术会因此革新。届时，核钟也将以重要仪器的身份，参与到全球定位系统的改进、深空探测任务的导航以及地球物理学、天体物理学和宇宙学中的多种精密测量任务中去，发挥重要作用。
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