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物理學(xué)家已經(jīng)展示了構成核時(shí)鐘的所有關(guān)鍵組件——一種通過(guò)測量原子核內微小能量變化來(lái)計時(shí)的裝置。這樣的時(shí)鐘可能會(huì )大大提高測量精度，并為基礎物理學(xué)帶來(lái)新的見(jiàn)解。 研究人員測量了導致稀有同位素釷-229的原子核轉移到更高能量狀態(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時(shí)裝置提高了10萬(wàn)倍。他們通過(guò)將能量轉換與世界上最精確的時(shí)鐘同步來(lái)做到這一點(diǎn)。這項研究由美國實(shí)驗天體物理聯(lián)合研究所（JILA）領(lǐng)導，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”的激光裝置探測釷-229原子核。嚴格來(lái)說(shuō)，這個(gè)裝置還不是一個(gè)時(shí)鐘，因為它還沒(méi)有被用于實(shí)際計時(shí)。但是，這一令人印象深刻的結果表明，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，它使用激光計時(shí)——激光的頻率被精確調制，以匹配原子內部?jì)蓚�(gè)能級之間的電子能量轉移。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(guò)質(zhì)子和中子的能量轉移來(lái)計時(shí)，其滴答聲來(lái)自這些粒子激發(fā)態(tài)之間的轉變，而不是電子的轉移。 這種能量轉移需要更高頻率的紫外線(xiàn)，從而產(chǎn)生更快的滴答率，可能達到甚至超過(guò)原子鐘的精度。但核時(shí)鐘最大的潛在優(yōu)勢在于它的精度和穩定性結合。與電子相比，原子核內的粒子對電磁場(chǎng)等外界干擾不那么敏感，這意味著(zhù)核時(shí)鐘可以更加便攜且堅固。 《自然》網(wǎng)站（www.nature.com） |
