新型核钟可能成为世界上最准确的计时器

一对被激光照射的晶体可以 世界上最准确的时钟。

两组科学家建造了世界上第一个“核钟”，通过跟踪原子中心的微小变化来计时。

两个时钟都非常精确，如果它们运行了 3000 万年，它们也只会误差一秒。

这个精度并不高于当前最好的时钟，但两支团队都相信他们可以显着提高他们的时钟。

研究人员在《自然》杂志上发表了两篇论文，发表了他们的研究成果。

新南威尔士大学物理学家维克多·弗兰鲍姆表示，核钟有潜力成为“最准确的人造仪器”。

弗兰鲍姆教授表示，这项他没有参与的研究是向前迈出的令人兴奋的一步。

这些手表可用于改进 GPS、采矿研究和解决物理谜题等技术。

核钟如何工作？

原子构成了与我们相互作用的所有物质，由一个“原子核”组成，其中包含密集的质子和中子簇，周围环绕着巨大的电子云。

原子钟是目前世界上最准确的时间测量方法，其工作原理是跟踪铯原子核周围电子的变化。

但这些时钟是如此接近，以至于在物理上不可能让它们变得更准确。

核钟使用与原子钟类似的逻辑，但它们跟踪原子核中更小的变化。

“相比之下，原子核非常小 [a whole] 原子，”弗兰鲍姆教授说。

由于它小了数千倍，因此单个核心可用于测量更细微的时间变化，从而获得更准确的时钟。

为什么我们不能早点制造核钟？

核钟的理论化已经有二十多年了，但直到最近，技术和理论的限制使得它们的建造变得不可能。

其中一项新研究的合著者、维也纳科技大学的物理学家托尔斯滕·舒姆 (Thorsten Schumm) 表示，他的团队研究的主要转折点发生在几年前。

2024 年初，该团队使用激光产生原子核的预测变化，使其能够测量时间。

弗兰鲍姆教授表示，自这一发现以来，进展“非常迅速”。

清华大学物理学家、该研究的合著者丁世前表示，他的团队必须解决几个不同的问题，才能 核钟。

问题在于找到内部具有正确时钟核心的材料，并开发足以产生可靠变化的激光器。

丁博士说：“没有任何一步突然使时钟成为可能。”

核钟是由什么制成的？

一种特殊类型的钍原子，钍-229，具有使其可用作计时器的特性。

两个团队都培育出了含有钍229的晶体，然后将它们暴露在超精密激光下，这些激光可以在钍中产生微小的核“蜱”。

研究人员还计划改进原子钟，使其性能超越原子钟。

舒姆教授表示，钍229有可能比原子钟更稳定，这意味着核钟可能变得非常小且实用。

“我们设想一种芯片级设备，”他说。

核钟有什么用？

原子钟可用于改进 GPS 等导航系统，这引起了军方对最新版本原子钟的兴趣。

弗兰鲍姆教授表示，根据爱因斯坦的相对论，核钟的精确度足以测量重力对时间的操纵。

这可以使它们在矿产勘探或地震预测中发挥作用。

“通过精确测量引力场的梯度，我们可以看到地下的情况，”弗兰鲍姆教授说。

非常精确的计时可用于物理研究，尤其是神秘暗物质的研究。

“我对使用核钟来测试基础物理感到非常兴奋，”丁博士说。

舒姆教授的团队已经使用他们的核钟来检测暗物质的证据作为概念证明。

他计划一年内在因斯布鲁克建立第二个核时钟，以补充维也纳的时钟，并测量地球绕太阳运动的微妙变化。

弗兰鲍姆教授表示，其他几个小组之间存在着建造实用核钟的“竞争”，其中任何一个小组都可能成为第一个超越原子钟的小组。

“进展非常快，我希望很快，”他说。