直到2024年，科學家才首次在透明基質材料中利用激光成功實現(xiàn)了釷-229的激光激發(fā)。

美國與德國的研究人員合作，在光學核鐘領域取得了一項重大突破，首次在非透明基質材料中實現(xiàn)了釷-229的激光激發(fā)。根據(jù)一份新聞稿，這一進展有望為核激光光譜學開辟一類全新的材料，并催生光學核鐘等技術壯舉。

在日常生活中，時間的測量極為重要。錯過幾個小時可能意味著你午餐或一個重要會議要遲到。當你趕到火車站卻錯過火車時，每一分鐘都顯得彌足珍貴。但是，幾秒鐘的誤差真的無關緊要嗎？

你可能不知道，正是這種秒級的精確測量，確保了你的GPS能告訴你在正確的時間奔跑，也確保了輸送到電網(wǎng)的能源頻率保持穩(wěn)定。

更進一步，科學家甚至可以通過更精確的時間測量來探究基礎物理學。但是，如何才能精確測量比秒更小的單位呢？這就是原子鐘的用武之地。

原子鐘與核鐘之爭

1873年，詹姆斯·麥克斯韋提出通過測量光波的振動來測量時間。但直到1955年，英國國家物理實驗室才利用銫原子制造出第一臺原子鐘。此后，原子鐘研究迎來熱潮，并催生了秒的新定義。

多年來，科學家利用汞、鍶、鐿等元素建造了原子鐘，推動了衛(wèi)星導航、電信乃至金融交易精確時間戳等技術的發(fā)展。

然而，科學家們已經(jīng)認識到原子鐘的局限性，其運行依賴于束縛電子的能級。這些能級易受外部電磁場的影響，促使研究人員尋找更好的替代方案。

由于原子核比原子本身小幾個數(shù)量級，對外部因素的抵抗力更強，這催生了核鐘的構想。

核鐘的概念非常新穎，直到2024年，研究人員才首次成功利用激光直接激發(fā)釷原子。即便如此，針對釷-229的實驗此前也僅在能被148納米激光穿透的透明基質材料中獲得成功。

在非透明材料中的激發(fā)

加州大學洛杉磯分校、慕尼黑大學和美因茨大學的研究人員現(xiàn)在成功地在非透明材料中實現(xiàn)了這種激光激發(fā)。這一成就使得釷原子得以穩(wěn)定存在，同時對激光保持不透明，從而拓寬了可用材料的范圍。

"這項成功打開了一扇通往此前難以觸及的核物理領域的大門，"美因茨大學物理研究所的博士后研究員拉爾斯·馮·德·文斯解釋道，他于2017年首次提出了該實驗構想。"我們現(xiàn)在能夠在非透明材料中實現(xiàn)核激發(fā)，這開啟了全新的實驗可能——并使我們向實現(xiàn)光學核鐘的目標邁出了重要一步。"

光學核鐘不僅將為我們提供人類歷史上最精確的時間標準，還將進一步提升衛(wèi)星導航精度，并支持自動駕駛運輸。

除了光學核鐘，這項突破還為其他實驗開辟了新途徑，例如基于激光的IC穆斯堡爾光譜學，使在固態(tài)環(huán)境中研究原子核成為可能。

新聞稿補充道，科學家還將能夠探索自然界常數(shù)是否隨時間變化，并加強對暗物質的搜尋。

這項研究成果已發(fā)表在《自然》雜志上。

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