我国团队率先研制“核光钟”：以钍-229原子核跃迁作为新一代计时基准

据央视新闻 10 月 8 日消息，我国科研团队在量子精密测量领域取得新进展：清华大学团队联合国内多个研究团队，率先研制出“核光钟”。这一成果将时间频率标准的计时基准，从传统原子钟依赖的电子跃迁进一步推进到钍-229 原子核跃迁。来源显示，研究团队历时近 5 年研发出 148 纳米连续波真空紫外激光技术，并借助该光源精确驱动放射性同位素钍-229 的原子核跃迁，随后将激光频率稳定在这一核跃迁上，从而实现“核光钟”。

从原子光钟到核光钟：计时基准发生变化

钟表的核心，是寻找一个足够稳定、可重复的“节拍”。普通机械钟表依靠机械结构的周期性摆动记录时间；原子光钟则利用原子内部电子能级跃迁产生的频率作为计时参考。此次报道中的“核光钟”进一步把计时对象转向原子核内部跃迁，被视为继原子微波钟、原子光钟之后的新一代时间频率标准。

来源介绍，“核光钟”每秒约可计数 2,000 万亿次。更关键的是，原子核尺寸约为核外电子云的几万分之一，相比电子云更不容易受到外部电磁环境等扰动影响。因此，以原子核跃迁作为基准，有望提供更稳定的计时节拍。这也是核光钟被寄予厚望的主要原因。

此次突破中，148 纳米连续波真空紫外激光技术是关键环节。要让钍-229 原子核发生可控跃迁，需要合适频率、足够稳定的光源。研究团队正是利用该光源实现了对核跃迁的精确驱动，并进一步完成频率锁定，使其具备“钟”的基本工作形态。

为什么选择钍-229：核跃迁的特殊窗口

在核光钟研究中，钍-229 受到关注，是因为其原子核跃迁能级适合通过光学手段进行激发和测量。相比许多需要更高能量条件才能触发的核过程，钍-229 提供了一个可被精密激光技术触及的窗口。这使得“用原子核做钟摆”不再只是理论设想，而可以进入实验验证和系统集成阶段。

• 计时基准更深入：从电子跃迁推进到原子核跃迁，代表时间频率标准的一次路线升级。
• 抗扰动潜力更强：原子核受外界环境影响相对更小，有助于提升长期稳定性。
• 小型化空间值得关注：研究团队表示，核光钟具备进一步小型化潜力。
• 应用场景面向航天与导航：未来有望服务卫星、航天器定位和深空探测等任务。

影响与解读：精密时间正在成为硬科技基础设施

对于普通用户而言，“核光钟”听起来距离日常产品较远，但其背后的时间频率技术是现代科技系统的底座之一。导航定位、通信同步、测距、卫星组网、深空探测等场景，都依赖高精度时间基准。时间越准，系统在定位、距离估计和长期运行中的误差控制能力就越强。

从产业趋势看，精密测量正在与航天、量子技术、先进制造和基础物理研究形成更紧密的联动。原子光钟已经代表了极高水平的计时能力，而核光钟如果继续成熟，可能在稳定性、抗干扰和设备形态上打开新的技术路径。尤其是在深空探测中，信号传输距离远、环境复杂，更高稳定度的时间基准将直接关系到测控和导航能力。

当然，从实验室成果到规模化应用仍需要过程。核光钟未来能否形成工程化设备，还取决于光源系统、核跃迁信号探测、长期稳定运行和小型化集成等环节。但此次我国团队实现“核光钟”的研制，意味着在新一代时间频率标准竞争中取得了重要先手，也为量子精密测量和航天科技提供了新的技术想象空间。