在維也納大學的實驗室裡,物理學家打造出一座核鐘原型,它首次能夠自行維持穩定。該裝置利用釷-229原子核中的躍遷,據初步評估,其精確度可能超越最頂尖的原子鐘。
原子鐘依賴電子的振盪,而電子對外部場與溫度十分敏感。核鐘則相反,它運作於原子核內部的躍遷,其中的粒子受到保護,免受大多數外部影響。這使它們有可能精確一千倍。
最主要的創新在於自我穩定機制。科學家內建了一套回饋系統,當頻率開始「漂移」時,它會自動校正激發原子核的雷射。想像一個能自行旋緊發條以免走偏的鐘擺:新系統正是如此運作。
這樣的穩定性為新技術開闢了道路。更精確的鐘將改善導航、網路同步以及重力波的搜尋。它們將有助於檢驗自然界的基本常數,並尋找標準模型之外新物理的跡象。
目前這座原型僅在實驗室條件下運作,但預計再過幾年,這項技術就能轉移到小型晶片上。屆時,核鐘將能出現在衛星、潛艦,甚至需要極致時間精確度的日常裝置中。
維也納的這項發現顯示,原子核的量子特性如何從理論構想轉變為可運作的儀器。下一步是在真實條件下驗證破紀錄的精確度,並尋找其他適合用於鐘的原子核。
