中國科學家研發出核光鐘,透過測量原子核內部的能量變化來計時,這項突破有望為導航、深空探索及基礎物理研究,帶來更精準及便攜的計時技術。
清華大學一個團隊,聯同其他多間中國機構的研究人員,花費近五年時間研發這款時鐘。研究結果於周三在《自然》發表。
研究人員研發出一個在148.4納米波長運作的連續波真空紫外激光器,並利用它觸發放射性同位素釷-229原子核內部的躍遷。透過將激光頻率鎖定在該躍遷的穩定節奏上,他們成功製造出核光鐘。
核光鐘以原子核內部的躍遷作為參考,被視為原子微波鐘及原子光鐘的潛在繼任者。
清華大學物理系副教授兼北京量子信息科學研究院兼職研究員丁世謙表示:「傳統擺鐘每秒擺動一次,我們透過計算擺動次數來判斷時間流逝。我們的核光鐘則以原子核的節奏作為『擺錘』。這種節奏當然比掛鐘快得多,每秒約有2千萬億次循環。它將時間劃分為極其精細的間隔,讓我們可以透過計算這些循環來精確測量時間。」
目前最精確的原子光鐘,利用電子躍遷來計時。然而,電子容易受到電場、磁場、溫度變化及激光系統的干擾,所有這些因素都必須嚴格控制。因此,性能最佳的光學原子鐘,主要仍局限於實驗室內,難以實現小型化及更廣泛的實際應用。
丁世謙指出:「原子核比周圍的電子雲小數萬倍,這使其節奏更穩定。這意味著我們研發的核光鐘最終可能變得更精確。這類時鐘亦可能實現小型化。一旦小型化,超精確的計時裝置便可投入實際應用,而非僅僅作為實驗室工具。」
研究人員表示,核光鐘最終可為衛星及太空船提供更精確的定位及距離測量,支援導航、深空探索及其他需要高精確度時間及頻率標準的領域。
(CGTN)
影片截圖 CGTN圖片
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