全球庫(kù)存僅約40克、比鉆石珍貴無(wú)數(shù)倍的戰(zhàn)略物資，科學(xué)家曾以為要把它像供奉“睡美人”一樣封印在完美晶體中才能喚醒，結(jié)果剛剛被證實(shí)：只要像地?cái)偵稀板兘鹗罪棥蹦菢雍?jiǎn)單的工藝，用掉原來(lái)千分之一的量，就能制造出重新定義時(shí)間的終極神器！

這是剛剛發(fā)生的物理學(xué)地震。

2025年12月10日，頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊《自然》（Nature）刊登了一項(xiàng)由美國(guó)加州大學(xué)洛杉磯分校（UCLA）物理學(xué)家Eric Hudson領(lǐng)銜的突破性研究 。他們用一種近乎“粗暴”的極簡(jiǎn)方式，粉碎了學(xué)界長(zhǎng)達(dá)50年的教條。他們證明，制造那個(gè)傳說(shuō)中能讓GPS導(dǎo)航精細(xì)度提升幾個(gè)數(shù)量級(jí)的“核光鐘”，根本不需要昂貴脆弱的晶體，一塊不銹鋼片、一點(diǎn)點(diǎn)電流，就能開(kāi)啟人類計(jì)時(shí)的新紀(jì)元。

要把故事講清楚，我們得先聊聊主角：釷-229（Thorium-229）。

在原子鐘的世界里，釷-229是當(dāng)之無(wú)愧的皇冠明珠。普通原子鐘（像銫原子鐘）用的是電子的躍遷，而“核光鐘”用的是原子核的躍遷。后者受外界干擾極小，理論精度能把現(xiàn)在的原子鐘按在地上摩擦。

但這里有個(gè)巨大的Bug：釷-229太少了。

它不存在于自然界，只能從冷戰(zhàn)時(shí)期遺留的武器級(jí)鈾-233的衰變中提取。據(jù)估算，全世界目前的可用庫(kù)存大約只有40克。

按照以前的劇本，科學(xué)家們認(rèn)為要把釷-229嵌入到一種特殊的、極其純凈的氟化晶體中。為了讓激光能穿透晶體去“撓癢癢”原子核，這塊晶體必須絕對(duì)透明。這就像是要為一位嬌貴的公主建造一座完美的水晶宮殿。

Hudson教授的團(tuán)隊(duì)之前花了整整15年去研究怎么長(zhǎng)這個(gè)晶體，結(jié)果發(fā)現(xiàn)這玩意兒不僅難長(zhǎng)，還特別“吃”原料——做一個(gè)樣品至少要廢掉1毫克的釷。

對(duì)于只有40克庫(kù)存的人類來(lái)說(shuō)，這簡(jiǎn)直是在燒錢，哦不，是在燒掉最后的希望啊。

直到現(xiàn)在。

在這篇最新的論文中，Hudson團(tuán)隊(duì)提出了一個(gè)讓所有同行大跌眼鏡的思路：如果公主不需要住在水晶宮里呢？

他們放棄了高大上的晶體生長(zhǎng)，轉(zhuǎn)身?yè)炱鹆?9世紀(jì)就發(fā)明的工業(yè)老手藝——電鍍。

是的，就是那個(gè)用來(lái)給便宜首飾鍍金、防止汽車生銹的技術(shù)。研究人員直接拿了一塊不銹鋼圓盤(pán)，把釷-229配成溶液，通上電，在鋼片表面鍍了一層極其微薄的二氧化釷（229ThO2）。

這層膜有多��？大約10納米。

這波操作簡(jiǎn)直是把“貴族”拉進(jìn)了“鐵匠鋪”。但就是這個(gè)像硬幣一樣的金屬片，不僅堅(jiān)固耐用，而且用掉的釷-229只有原來(lái)晶體方案的千分之一

你可能會(huì)問(wèn)：不透明的二氧化釷和不銹鋼，激光怎么打進(jìn)去？信號(hào)怎么讀出來(lái)？

這正是這項(xiàng)研究最“雞賊”（褒義）的地方。

以前科學(xué)家死磕透明晶體，是因?yàn)樗麄兿肟吹皆雍吮患ぐl(fā)后發(fā)出的“光”（熒光）。但實(shí)際上，當(dāng)激光打在不透明的二氧化釷表面時(shí)，雖然光透不進(jìn)去，但表層的原子核還是會(huì)被擊中。

當(dāng)這些原子核興奮起來(lái)后，它們并不一定非要發(fā)光。在特定條件下，它們會(huì)把能量這一腳“踢”給身邊的電子，讓電子飛出來(lái)。這個(gè)過(guò)程在物理學(xué)上叫“內(nèi)轉(zhuǎn)換”（Internal Conversion, IC）。

Hudson團(tuán)隊(duì)并沒(méi)有去捕捉微弱的光，而是直接在旁邊放了個(gè)探測(cè)器，去抓這些飛出來(lái)的電子（電流）。

這一招“偷天換日”直接打通了任督二脈：

1、不再需要透明：材料黑乎乎的也沒(méi)關(guān)系，只要電子能飛出來(lái)就行。這直接讓帶隙較小的二氧化釷（約6 eV）成為了完美的宿主，打破了之前必須用寬帶隙材料（>8.4 eV）的死規(guī)矩。

2、速度極快：發(fā)光的輻射衰變很慢，但這種“內(nèi)轉(zhuǎn)換”發(fā)射電子的速度比發(fā)光快了1億倍！這意味著時(shí)鐘的“嘀嗒”聲更密集，測(cè)量更穩(wěn)。

3、設(shè)備極簡(jiǎn)：不需要復(fù)雜的光學(xué)透鏡組去收集光，只需要檢測(cè)電流。這意味著未來(lái)的核光鐘可能像芯片一樣小。

這套“土法煉鋼”造出來(lái)的設(shè)備，性能如何？

數(shù)據(jù)顯示，激光成功激發(fā)了釷-229核異構(gòu)體，不僅測(cè)出了極其精確的躍遷頻率——2,020,407.5 GHz，還測(cè)得內(nèi)轉(zhuǎn)換壽命約為12.3微秒

更可怕的是它的潛力�；诖思夹g(shù)制造的核光鐘，其預(yù)測(cè)的不穩(wěn)定性在1秒內(nèi)低至2×10^-18。

這是什么概念？如果不加干預(yù)，這塊表走上幾百億年（比宇宙年齡還長(zhǎng)），誤差可能還不到一秒。

這項(xiàng)技術(shù)的突破，意味著我們不用再擔(dān)心那區(qū)區(qū)40克的釷不夠用了。用這一招，全世界的科學(xué)家都能造得起核光鐘。

當(dāng)這種只有芯片大小、不需要接收衛(wèi)星信號(hào)就能精準(zhǔn)計(jì)時(shí)的“黑科技”被裝進(jìn)潛艇、深空探測(cè)器甚至你的手機(jī)里時(shí)：

• GPS被干擾？不存在的，潛艇在深海潛伏幾個(gè)月，位置誤差依然是毫米級(jí)。
• 物理學(xué)大廈要塌？這種鐘對(duì)引力波、暗物質(zhì)極其敏感，它可能會(huì)成為人類探測(cè)宇宙最幽深秘密的“聽(tīng)診器”。

正如Hudson教授所說(shuō)，他們把一個(gè)需要把釷當(dāng)“公主”供著的嬌貴實(shí)驗(yàn)，變成了一塊可以在工業(yè)流水線上生產(chǎn)的堅(jiān)硬鋼片。

有時(shí)候，科學(xué)的最高境界，就是把最復(fù)雜的問(wèn)題，變得像鍍金戒指一樣簡(jiǎn)單。

參考文獻(xiàn)：

Elwell, R., et al. "Laser-based conversion electron M?ssbauer spectroscopy of229ThO2."Nature, 2025. DOI: 10.1038/s41586-025-09776-4.

"Old jeweler's trick could unlock next-generation nuclear clocks." Phys.org, Dec 10, 2025.

"Old jeweler’s method may unlock compact thorium nuclear clocks for GPS-free navigation."Innovation News Network, Dec 10, 2025.