清华大学物理系丁世谦团队近日在国际上率先研制出钍—229核光钟并实现稳定运行，相关成果10月7日在线发表于《自然》杂志。这台钟的特别之处在于，它不再盯着原子外层的电子跃迁计时，而是把目光投向了原子核内部——利用钍—229原子核的能级跃迁作为频率基准。从“看电子”到“看原子核”，量子精密测量打开了一个全新维度。

　　时间是现代科技世界的基础坐标。导航卫星靠原子钟的微秒级精度锁定位置，金融交易靠时间同步完成毫秒级结算，通信网络靠精密时频保障数据有序传输，深空探测器更是要靠准确的时间基准计算亿万公里外的轨道。过去半个世纪，原子光钟不断刷新人类计时精度，铯原子钟、锶原子光晶格钟相继将误差缩小到数十亿年不到一秒。但原子光钟有一个先天局限：电子在原子外层，容易受到外界电场、磁场和温度的干扰，而原子核深藏在原子中心，受外部环境影响小得多，理论上核光钟的稳定性和精度可以比原子光钟再提升几个数量级。

　　钍—229是目前已知唯一一种核能级跃迁能量落在紫外波段的原子核，这意味着可以用激光来激发和探测它的核跃迁。但这条路走了近半个世纪才走通。最大的瓶颈是148纳米真空紫外激光——普通玻璃在这个波段会强烈吸收光，常规光学元件几乎无法使用。丁世谦团队用了数年时间，自主研制出148纳米连续波超窄线宽激光光源，输出功率超过100纳瓦，线宽低于100赫兹，攻克了核光钟研制的“最后一道核心瓶颈”。今年2月，这一光源成果已率先发表于《自然》。此次核光钟的成功运行，是在光源突破之后水到渠成的结果。

　　核光钟的意义远不止“更准的钟”。更精密的时间意味着更灵敏的探测能力。核光钟可以用来探测引力红移的微小变化，为广义相对论提供更严格的实验检验；可以搜寻暗物质与基本常数的细微涨落，触碰基础物理的前沿问题；在深空探测中，核光钟有望成为星际导航的核心时频基准，让探测器在没有地面站支持的情况下自主定位。此外，核光钟对地质勘探、地下资源探测也有潜在价值——不同密度的地下结构会产生微弱的引力差异，而引力差异会影响时钟走时，超精密时钟本质上就是一台引力探测器。

　　值得注意的是，欧洲团队几乎同时独立完成了钍—229核光钟的研制，这说明核光钟已从理论构想进入工程实现阶段，全球竞争正在加速。中国团队率先跑通了全链条，从真空紫外光源到掺钍晶体再到核跃迁锁定，每一个环节都是自主攻关。这背后是中国在量子精密测量领域多年积累的结果——从“墨子号”量子卫星到“九章”光量子计算，从冷原子钟到光晶格钟，中国在量子科技赛道上已经从跟跑进入并跑，部分方向开始领跑。

　　一台钟的精度，折射出一个国家基础研究的厚度。核光钟的“滴答”声虽然微弱，但它敲响的是量子精密测量新时代的大门。当人类能够把时间计量到原子核的尺度，我们对物理世界的认知也将随之深入。从跟跑到并跑，再到在某些方向上领跑，中国科技的每一步突破，都离不开坐冷板凳的耐心和啃硬骨头的决心。

　　文/鸣耒