在维也纳大学的实验室里,物理学家研制出了一台核钟原型,它首次能够自行维持稳定性。该装置利用钍-229原子核中的跃迁,据初步估计,其精度可能超越最好的原子钟。
原子钟依赖电子的振荡,而电子对外部场和温度十分敏感。核钟则不同,它利用原子核内部的跃迁,那里的粒子受到保护,免受大多数外部影响。这使它们的精度有可能提高一千倍。
最主要的创新是自稳定机制。科学家加入了一个反馈回路,当频率开始“漂移”时,它会自动校正激发原子核的激光。想象一个钟摆能自己拧紧发条以免走偏:新系统正是这样工作的。
这种稳定性为新技术开辟了道路。更精确的时钟将改进导航、网络同步和引力波探测。它们将有助于检验自然界的基本常数,并寻找标准模型之外新物理的迹象。
目前该原型仍在实验室条件下运行,但预计几年后这项技术就能转移到紧凑型芯片上。届时,核钟将能出现在卫星、潜艇,甚至日常设备中,凡是需要极高时间精度的地方都能用上。
维也纳的这一发现表明,原子核的量子特性如何从理论构想变成可运行的仪器。下一步是在真实条件下验证创纪录的精度,并寻找其他适合用于时钟的原子核。
