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物理學(xué)家已經(jīng)展示了構(gòu)成核時(shí)鐘的所有關(guān)鍵組件——一種通過測(cè)量原子核內(nèi)微小能量變化來計(jì)時(shí)的裝置。這樣的時(shí)鐘可能會(huì)大大提高測(cè)量精度，并為基礎(chǔ)物理學(xué)帶來新的見解。 研究人員測(cè)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(shí)鐘的“滴答”聲，其精度比之前的最佳計(jì)時(shí)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(shí)鐘同步來做到這一點(diǎn)。這項(xiàng)研究由美國(guó)實(shí)驗(yàn)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(cè)釷-229原子核。嚴(yán)格來說，這個(gè)裝置還不是一個(gè)時(shí)鐘，因?yàn)樗�沒有被用于實(shí)際計(jì)時(shí)。但是，這一令人印象深刻的結(jié)果表明，核時(shí)鐘的研發(fā)已觸手可及。 目前最精確的時(shí)鐘是原子鐘，它使用激光計(jì)時(shí)——激光的頻率被精確調(diào)制，以匹配原子內(nèi)部?jī)蓚�(gè)能級(jí)之間的電子能量轉(zhuǎn)移。最精確的原子鐘每400億年才會(huì)有一秒的誤差。核時(shí)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(jì)時(shí)，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(dá)到甚至超過原子鐘的精度。但核時(shí)鐘最大的潛在優(yōu)勢(shì)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(duì)電磁場(chǎng)等外界干擾不那么敏感，這意味著核時(shí)鐘可以更加便攜且堅(jiān)固。 《自然》網(wǎng)站（www.nature.com） |
