科学家成功展现核钟一切要害技能

时间: 2024-09-17 23:25:55 |   作者: 产品中心

  科技日报北京9月8日电（记者张梦然）近来出书的《天然》杂志封面故事带来一项新打破：由美国国家标准与技能研讨所和科罗拉多大学博尔德分校联合建立的试验天体物理联合研讨所（JILA）领导的世界团队，成功展现了核钟的要害技能。

  这支顶尖科研团队运用专门规划的紫外线激光，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丈量，一起凭借光学频率梳（相似极端精确的光尺），计算出发生该能量跃迁的紫外线波周期数。此次试验涵盖了核钟的一切要害技能，为核钟的逐渐开展奠定了坚实基础。

  激光照射到气体射流中，与真空室中剩下的气体相互作用时，会留下一条白线，这有助精确丈量激起钍-229原子核所需的能量。

  核钟的呈现有望带来许多严重革新。这是由于，原子钟是经过调整激光频率使电子在能级之间跳动来丈量时刻，而核钟则只使用原子中心细小区域——原子核内的能量跳动。原子核受外界搅扰的影响远小于原子钟中的电子，引起原子核能量跃迁所需的激光频率也比原子钟高得多，这在某种程度上预示着每秒有更多的波周期，与每秒更多的“滴答”次数直接相关，然后能够在必定程度上完结更精确的计时。

  但是，大多数原子核需求相干X射线（高频光）碰击才干完成能量跃迁，远超现存技能所能发生的能量。为此，科学家将目光聚集在钍-229上。这种原子的原子核能量跃迁比任何其他已知原子都小，只需紫外光（能量低于X射线）激起即可。

  新研讨中，JILA团队使用钍-229核跃迁，发生了时钟的“滴答声”。激光在原子核的各个量子态之间发生精确的能量跳动，频率梳可直接丈量这些“滴答声”。此次作业精度比曾经根据波长的丈量高出一百万倍。团队还建立了核跃迁和原子钟之间的首个直接频率链接。这一直接频率链接和精度的进步，无疑是开发核钟并与现有计时系统集成的要害一步。

  核钟比原子钟愈加精确。对一般民众来说，这在某种程度上预示着更精确的导航系统、更快的互联网速度、更牢靠的网络连接以及更安全的数字通信。不仅如此，核钟在改善世界基本理论方面也具有巨大潜力，可协助勘探暗物质、验证天然常数是否安稳等，乃至无需大型粒子加速器设备即可验证粒子物理学理论。此次研讨取得了史无前例的效果，尽管它现在还不是一台可正常运作的核钟，但无疑这是朝着制作便携且高度安稳的核钟迈出的最要害一步。

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