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物理學(xué)家已經(jīng)展示了構(gòu)成核時鐘的所有關(guān)鍵組件——一種通過測量原子核內(nèi)微小能量變化來計時的裝置。這樣的時鐘可能會大大提高測量精度，并為基礎(chǔ)物理學(xué)帶來新的見解。 研究人員測量了導(dǎo)致稀有同位素釷-229的原子核轉(zhuǎn)移到更高能量狀態(tài)的光的頻率，即核時鐘的“滴答”聲，其精度比之前的最佳計時裝置提高了10萬倍。他們通過將能量轉(zhuǎn)換與世界上最精確的時鐘同步來做到這一點。這項研究由美國實驗天體物理聯(lián)合研究所（JILA）領(lǐng)導(dǎo)，并于最近發(fā)表在《自然》（ Nature ）雜志上。 這一突破源于用一種叫做“頻率梳”的激光裝置探測釷-229原子核。嚴格來說，這個裝置還不是一個時鐘，因為它還沒有被用于實際計時。但是，這一令人印象深刻的結(jié)果表明，核時鐘的研發(fā)已觸手可及。 目前最精確的時鐘是原子鐘，它使用激光計時——激光的頻率被精確調(diào)制，以匹配原子內(nèi)部兩個能級之間的電子能量轉(zhuǎn)移。最精確的原子鐘每400億年才會有一秒的誤差。核時鐘的工作原理略有不同，它通過質(zhì)子和中子的能量轉(zhuǎn)移來計時，其滴答聲來自這些粒子激發(fā)態(tài)之間的轉(zhuǎn)變，而不是電子的轉(zhuǎn)移。 這種能量轉(zhuǎn)移需要更高頻率的紫外線，從而產(chǎn)生更快的滴答率，可能達到甚至超過原子鐘的精度。但核時鐘最大的潛在優(yōu)勢在于它的精度和穩(wěn)定性結(jié)合。與電子相比，原子核內(nèi)的粒子對電磁場等外界干擾不那么敏感，這意味著核時鐘可以更加便攜且堅固。 《自然》網(wǎng)站（www.nature.com） |
