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Scientists unveil first ultra-accurate nuclear clocks
科学家们发布了首批可运行核钟，这是国际社会努力升级并保障精密计时（这是支撑现代生活的数字系统所必需的）的一个里程碑。
研究人员表示，在严格的物理实验中，基于放射性元素钍的装置与现有原子钟技术相匹敌，他们目前正专注于改进，以使其实用化。
中国和欧洲的研究团队开发这些时钟，是更广泛的保护时间测量努力的一部分，因为意外时钟中断和人为破坏的风险威胁着对通信、金融交易和发电厂运营至关重要的电子系统。
维也纳工业大学（TU Wien）的物理学家 Thorsten Schumm 表示：“核钟具备最先进光学原子钟的卓越性能潜力，但能耗大幅降低，装置更简单、更坚固。可以肯定的是，未来两三年我们将在核钟性能方面取得非常快速的进展。”
核钟之所以得名，是因为它们利用原子核内质子和中子状态的微小能量变化。由于这些变化远小于长期使用的原子钟技术所测量的电子变化，核钟理论上可以进行更精确的测量。钍钟还应更不易受到外部电磁源的干扰，因为原子核比电子对这些干扰更具抵抗力。
随着战时篡改和意外中断暴露出现有全球定位系统（GPS）的脆弱性，具有韧性的超高精度计时和导航方法已成为全球各国日益重视的国家安全优先事项。许多基本数字服务所依赖的精密时钟安装在卫星上，这些卫星容易受到干扰或损坏，例如日益增多的航天器碎片。
研究人员在周三发表在《自然》期刊上的论文中报告称，钍钟在测试中被证明能够以最先进原子钟的水平探测不可见的“暗物质”。科学家表示，这些时钟还提供了进一步的实际优势，因为它们是基于氟化钙晶体的“固态”装置，而非原子钟所使用的气体。
领导中国团队研究的北京清华大学研究员丁石谦表示，核钟有望比现有最先进的光学原子钟更紧凑、更易于操作，后者“极其精确”，但仍是“复杂的实验室系统”。
丁石谦说：“如果这成为可能，它将使光学钟级的精度走出专业实验室，让这种精度得到更广泛的部署，包括导航……天基测量和精确同步。”
钍钟普及的障碍包括其稳定性仍远低于现有光学原子钟，尽管研究人员表示他们有信心可以取得重大技术改进。钍 -229（这种时钟使用的元素形态）极其稀缺，也是一种有前景的潜在癌症疗法的关键材料，因此其供应受到严格控制。
其他新型时钟技术也在研发和改进中，包括基于稀土元素镱的装置。另一类潜在的下一代计时器是所谓的分子钟，它利用单个分子的旋转和振动运动。
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1 天前
2026-10-07 15:00:05 UTC
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22 小时前
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科学家首次推出基于钍元素的核钟，精度媲美现有原子钟，有望提升时间测量精度和抗干扰能力，为导航和通信带来更可靠的时间基准。
科学家首次推出基于放射性元素钍的核钟，标志着高精度时间测量领域的重要突破。由中国和欧洲的研究团队分别开发的这类装置，在实验中达到了现有原子钟的精度水平。核钟利用原子核内部质子和中子的微小能级变化来计时，相比原子钟依赖电子跃迁，核钟理论上能实现更精确的测量，且对外部电磁干扰更具抵抗力。
核钟在测试中展示出探测暗物质的潜力，其灵敏度与最先进的原子钟相当。由于采用氟化钙晶体等固态材料，核钟比依赖气体的原子钟更紧凑、易于操作，有望将光学原子钟级别的精度带出实验室，广泛应用于导航、太空测量和精密同步等领域。随着现有 GPS 系统暴露出的脆弱性，可靠的超高精度计时已成为各国安全优先事项。
然而，核钟目前仍面临挑战。其稳定性不及最先进的光学原子钟，且所用同位素钍 -229 极为稀缺，同时它也是潜在癌症疗法的关键材料，供应受到严格控制。此外，研究人员还在开发基于稀土元素镱等其他新型时钟技术，以及利用分子转动和振动运动的分子钟，共同推动下一代计时设备的发展。
Scientists have unveiled the first operational nuclear clocks based on thorium, matching the precision of atomic clocks. These clocks promise greater robustness and smaller size, with potential applications in navigation and precision measurement.
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