戍天九思原创第1336期
据10月8日新华社报道，我国科学家利用自主研制的148纳米连续波真空紫外激光以及掺钍-229氟化钙晶体，在国际上率先研制出核光钟并实现其稳定运行，将量子精密测量由电子跃迁拓展至原子核跃迁。该成果10月7日晚在线发表于《自然》。清华大学物理系主任翟荟评价，这是本世纪以来量子精密测量领域的重要突破。
▲清华大学物理系副教授丁世谦（中）与团队成员
把“钟摆”放进原子核：为什么是颠覆性的？
现有原子钟“听电子的节拍”，而核光钟利用钍-229原子核内部能级跃迁计时，相当于“听原子核内部的节拍”。原子核尺度远小于原子尺度——其直径仅为电子壳层的约三万分之一，受外界电磁环境扰动极小，因而核光钟兼具更高精度与更强抗干扰能力，理论精度在3000亿年的时间尺度上误差不超过1秒。作为参照，我国目前最先进的锶原子光晶格钟今年3月才实现稳定度和不确定度300亿年误差不超过1秒——核光钟在此之上还有数量级的想象空间。
▲核光钟实验装置核心区域
四年攻关：一条完全自主的技术链
核光钟的最大瓶颈是缺少能精确驱动核跃迁的148纳米连续波激光。丁世谦团队绕开主流非线性晶体路线，创新提出金属镉蒸气四波混频方案，于今年2月在《自然》发表成果：光源输出功率突破100纳瓦、线宽远低于100赫兹、140至175纳米连续可调谐，线宽较此前报道降低近6个数量级，攻克了“最后一个核心瓶颈”。在材料端，团队采用微量掺杂技术，仅用1.4微克钍-229核素便生长出毫米级高质量晶体，单次实验核素用量仅为同期国际团队的1/200。要知道钍-229是极度稀缺的战略核素，这一效率本身就是战略优势。最终实现的核光钟秒级稳定度优于同期欧洲团队接近一个数量级，性能国际领先，并已建立从核心光源、晶体、核跃迁光谱到闭环运行的完整技术体系。
▲核光钟概念图
四大战略价值
其一，导航与深空主权。计时精度直接决定定位精度，固态核光钟具备小型化和工程化潜力，未来有望为卫星导航、深空探测提供可走出实验室的高精度时间基准。
其二，计量标准话语权。核光钟有望成为新一代时间频率基准，谁先工程化，谁就在未来"秒"的重新定义中掌握主动。
其三，基础物理探测平台。钍-229核跃迁对基本常数变化等新物理效应具有显著增强的灵敏度，可用于检验基本物理规律，甚至为暗物质探测打开新窗口。
其四，产业外溢。真空紫外相干光源平台还可服务半导体计量与芯片检测，增强产业链关键环节韧性。
国际竞速：中国从并跑到领跑
这是一场全球十余个团队参与的战略竞赛：2024年美国JILA研究所叶军团队首次测出核跃迁频率并登上《自然》封面；今年6月，奥地利维也纳工业大学与清华团队各自独立造出世界首批核光钟。而这一次，中国团队凭借更强的激光与更省的核素用量，率先实现稳定运行并拉开性能差距。尤为值得一提的是，这支平均年龄不到30岁、核心成员多为“00后”的团队，丁世谦本人已于9月获2026世界顶尖科学家奖“青年科学家奖”。
时间基准从来不只是科学问题，更是国家核心战略能力。从铯原子钟支撑GPS霸权，到光钟重塑未来导航格局，谁掌握更精准的“时间”，谁就掌握更广阔的技术边界。核光钟的问世，是中国在量子精密测量领域交出的一份重量级答卷。
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