中國釷-229核鐘開始運轉，創下世界首例

北京清華大學的物理學家做到了量子計量學數十年來追求的目標：他們運行了一座由原子核而非其周圍電子驅動的時鐘。這項線上發表於《自然》期刊的研究，被團隊描述為釷-229核鐘的首次運行，並與一個歐洲團隊並行達成。

每個時鐘都需要一個重複的節拍。當今最好的原子鐘利用雷射使鍶或鐿等原子中的電子在能階之間跳動。清華團隊則將雷射鎖定到釷-229原子核內部的一個躍遷，這種同位素的最低激發態能量異常低。這一特性使其可用光而非此類核躍遷通常所需的強大X射線來觸及。

為達到這一目標，研究人員自行建造了一台148奈米的連續波真空紫外雷射，並將其與摻雜釷-229的氟化鈣晶體配對，這些晶體是與合作團隊共同開發的。將雷射射向晶體並使其頻率與核躍遷匹配，使他們能將躍遷保持得足夠穩定，以作為時間參考。

何必費這個勁？原子核比其周圍的電子雲小數千倍，且對雜散電場和磁場的隔絕程度高得多。這種屏蔽可能使核鐘對環境雜訊不那麼敏感，有望改進當今最好的頻率標準。由於核躍遷對重力以及自然界基本常數可能出現的漂移也有不同的反應，此類時鐘可能成為檢驗這些常數是否真的恆定的工具。

實際回報還較遙遠，但方向是熟悉的。更好的計時支撐著衛星導航、電信網路和金融時間戳記，並使對暗物質以及超越標準模型理論所預測的細微變化的搜尋更加敏銳。核鐘與其說是原子鐘的替代品，不如說是一種不同類型的尺，對基於電子的裝置大多忽略的力敏感。

這一成果出現在物理學強勁的一年。2026年諾貝爾物理學獎授予了冰立方（IceCube）探測器的設計者，這座位於南極冰層下的探測器能捕捉被稱為微中子、幾乎無質量的幽靈粒子；化學獎則表彰了兩位科學家，他們展示了分子手性如何自我放大。精密測量、粒子天文學和鏡像分子都指出了同一點：能看見無形之物的儀器往往能開啟意想不到的發現。

清華的丁世謙及其合作者強調，這是一個開始，而非一件完成的儀器。一個可運作的躍遷仍需被穩定、與現有標準進行比對，並運行足夠長的時間以證明它比實驗室已有的設備更能準確計時。歐洲的成果幾乎同時公布，表明這一領域如今是一場真正的競賽，而非孤軍奮戰。

對全球讀者而言，其意義顯而易見。一座計數原子核內部振動的時鐘，將計時從電子殼層推進到物質本身的核心，而這首次發生在一個與國際同行合作的中國實驗室。如果這項技術成熟，我們所有人所依賴的秒，有朝一日可能由比我們現在使用的原子小得多、也奇異得多的東西來定義。