打造宇宙最精準時鐘：釷-229核光鐘的科學競賽

科學界正掀起一場時計革命！研究人員透過雷射操控釷-229核量子態，試圖打造比現有原子鐘更精準的核光鐘。這項突破性技術若能成功，將徹底改寫人類對時間與宇宙的認知。

中國科學院精密測量科學與技術創新研究院的童欣博士團隊，近期在《國家科學評論》發表前瞻性論文，深入探討釷-229核光鐘的發展潛力與技術挑戰。這項研究之所以備受矚目，在於時間與頻率是物理學中最能精確測量的物理量，而核光鐘有望將測量精度推向全新境界。

釷-229的特殊之處在於，它是目前已知唯一核能階低到可用雷射激發的核素。由於原子核尺寸遠小於原子，受外界幹擾更少，加上量子態間距明確，以及外圍電子的遮蔽效應，使其成為實現超高精度計時的理想選擇。

這項研究歷經半世紀發展，從最初發現釷-229低激發核態，到2024年成功實現核躍遷的雷射激發，維也納理工大學、加州大學洛杉磯分校等國際團隊透過摻雜晶體、薄膜等材料不斷推進實驗進展。

然而挑戰依然嚴峻：固態環境中的核躍遷對溫度變化極為敏感、釷-229同位素稀缺、特定高功率窄線寬雷射研發困難、相互作用機制尚未完全掌握，以及閉環操控技術的欠缺，都是待突破的關鍵瓶頸。

儘管如此，科學家們仍持續攻堅。核光鐘的實現不僅將帶來計時技術的革命性突破，更有望推動基礎物理研究邁向新紀元——從電子躍遷到核躍遷的典範轉移，為探索宇宙基本法則開闢全新途徑。

參考文獻：童欣、華林強、華夏、劉曉軍，《釷核光鐘的滴答聲：發展視角》，《國家科學評論》，2025年3月3日。DOI:10.1093/nsr/nwaf083