科学家建成首个可工作的核时钟，用钍原子核跃迁替代电子跃迁计时。
物理学家建成了一台前所未有的时钟。它不是用电子在原子能级之间跳跃来计时，而是直接利用原子核本身的量子跃迁。这台"核时钟"的问世标志着人类计时技术正式跨入了一个全新的物理纪元。
在传统的原子钟中，一束激光被精确调谐到激发电子的特定频率，通过持续监测有多少电子完成了能级跃迁来实时校准和维持时间的超高精度。目前世界上最先进的光学原子钟已经能够做到每数十亿年的累计误差仅数秒，这一精度足以让全球定位系统、通信网络和基础物理实验顺利运转。而原子核内的能级间距远比电子能级大得多，需要更加精细的激发手段。理论计算表明，一台成熟的核时钟应当能达到每数百亿年误差仅1秒的稳定性，这一时间跨度甚至远超整个宇宙的年龄。这种颠覆性的精度将为物理学家打开全新的探测窗口，用于搜寻暗物质的蛛丝马迹，或检验那些被认为永恒不变的基本物理常数是否真的从未改变过。
Thorsten Schumm研究团队采用了一种巧妙的设计方案。他们将钍原子核嵌入氟化钙晶体中，然后用一束紫外激光穿过晶体作为整个时钟的"滴答"振荡源。激光在两个极其接近钍核共振频率的频率之间进行周期性的快速切换，通过实时比对两种频率被钍核吸收的强度差异来对激光频率进行闭环微调，从而完成了真正意义上"时钟"所必须具备的核心反馈控制机制。虽然这台原理验证型原型机目前的精度仅为每十亿年误差数十秒的量级，远未达到最先进光学原子钟的水平，但研究团队强调，对于一个结构如此简单的初始原型来说，它已经展示了令人振奋的稳定性表现和巨大的优化空间。
核时钟还拥有原子钟无法比拟的独特物理优势。由于原子核深藏在原子的最内部，完全不受外围电子层混乱而嘈杂的电磁环境影响，其内部的量子跃迁极其纯净稳定。这一特性使得核时钟对外部物理效应异常敏感，不仅能以更小的体积实现部署，还有望被安装到近地轨道卫星上进行太空环境下的广义相对论测试，或开发成便携式超高精度传感器用于地质勘探和基础科学测量。
核时钟的出现还有一个更深层的哲学意义。人类对时间的测量，从日晷到机械钟，从石英振荡器到原子钟，每一次精度飞跃都推动了基础科学的范式革命。核时钟将计时精度推进到前所未有的量级，它不仅是测量工具，更是一台探索新物理的精密仪器。当误差缩小到数百亿年一秒时，宇宙中任何微小的时间偏差都可能揭示隐藏的自然规律，这正是基础物理学梦寐以求的探测灵敏度。
原文：https://www.newscientist.com/article/2530094-first-working-nuclear-clock-heralds-a-new-era-in-timekeeping/