钍-229核钟研究取得进展，有望推动超高精度计时技术发展

近日，围绕钍-229同位素核跃迁开展的核钟研究受到关注。维也纳量子科学中心和中国清华大学的研究团队已利用钍-229进行了核钟相关实验，相关成果显示，基于核跃迁的计时体系已具备可行性，为新一代高精度时间标准奠定了实验基础。

核钟与传统原子钟的核心区别在于计时对象不同。原子钟通常依赖原子或离子中电子能级跃迁的频率来计时，而核钟则利用原子核能级之间的跃迁。钍-229原子核具有特殊的低能同质异能态，其跃迁能量处于光学范围，是目前已知少数可用于光学操控的核跃迁体系。这一特性使钍-229成为核钟研究中最受关注的候选核素之一。

据莫斯科工程物理学院相关科研人员介绍，核钟的潜在精度有望达到10⁻²⁰量级，甚至进一步提高;相比之下，当前广泛使用的铯原子钟、锶原子钟精度一般处于10⁻¹⁶至10⁻¹⁸量级。更高精度的时间测量可用于基础物理研究，例如暗物质探测、基本常数稳定性检验等，也可能服务于重力势差测量、远程矿产勘探和水下高密度物质探测等场景。

在技术路线上，核钟主要包括固态方案和离子阱方案。固态方案通常将钍-229掺入氟化钙等宽带隙晶体中，通过抑制内转换过程，使原子核以光子形式释放能量，从而观测“核光”并建立计时体系。欧洲核子研究中心此前已在氟化镁晶体中观测到钍-229同质异能态衰变产生的发光现象，随后美国研究团队又利用氟化钙晶体推进了固态核钟实验。维也纳和清华大学的相关实验也采用了类似晶体体系。

另一种方案是利用保罗离子阱，将钍离子限制在真空环境中，并通过激光冷却和精密光谱技术研究核跃迁。莫斯科工程物理学院方面表示，其团队已建成保罗阱装置，并正在开发面向钍离子的激光冷却系统。研究人员认为，固态核钟已验证了基本物理原理，而离子阱路线有望进一步向更高精度推进。

钍-229核钟仍处于快速发展的实验研究阶段。现有晶体核钟的精度尚未超过最先进的锶原子钟，但其基于核跃迁的计时机制已得到验证。随着钍-229核跃迁频率测量、光梳锁定、激光系统和离子阱控制等关键技术持续推进，核钟有望成为下一代超高精度时间标准的重要方向。