10 月 7 日晚，一篇论文在线发表在《自然》上，题目是《锁定至钍-229的核钟》。
它做的事情一句话能说完：把计时的基准，从原子外层的电子，挪到了原子核内部。




钟摆放进原子核，节拍是每秒2000万亿次
先说清楚这台装置在干什么。
我们现在用的钟，本质都是数“节拍”。石英钟数晶体的振动，原子钟数原子内部电子在两个能级之间跳的频率。
清华大学物理系副教授、北京量子信息科学研究院兼聘研究员丁世谦的比喻很直观：老式挂钟一秒摆一下，数摆了多少次就知道过了多久；核光钟用的是原子核内部的“节拍”，这个节拍每秒差不多是 2000 万亿次，把时间切得非常细（央视新闻）。
研究人员把这两种做法讲成“听电子的节拍”和“听原子核内部的节拍”（新华社）。
换成原子核当钟摆，好处在哪？
丁世谦介绍，原子核的大小大约只有核外电子云尺寸的几万分之一，这就导致原子核的节拍更加稳定，研制出来的核光钟就有望更加精准（央视新闻）。
原理上也讲得通：原子核尺度远小于原子尺度，受外界电磁环境扰动的影响更小（清华大学物理系官网）。
作为时间频率标准，“核光钟”被视为继原子微波钟、原子光钟之后的下一代方向。
把三代摆在一起看会清楚一些。原子微波钟是最实用的一代，原子光钟是最精确的一代，两者都是利用原子中的电子能级跃迁来做时间计量（清华大学物理系官网）。
原子光钟要做得极准，需要精细控制电场、磁场、温度以及激光系统带来的各种扰动，所以目前性能最高的原子光钟仍主要运行在实验室里，小型化和工程化存在较大挑战（央视新闻）。
核光钟换了一条路：把计时基准从电子跃迁转移到钍-229 原子核内部的核跃迁。原理上的差别在于“钟摆”躲在哪儿——外层电子更容易被周围环境推着走，原子核要安静得多。


卡了多年的那一步，是一束148纳米的激光
核光钟的概念早就不新，难的是怎么真的驱动它。
钍-229 的核跃迁能量约为 8.4 电子伏特，对应 148 纳米的真空紫外波长。国际同行此前已经用脉冲激光直接激发并测量到这一跃迁，但缺少这个波长的连续波激光，是制约核光钟研制的核心瓶颈（清华大学物理系官网）。
波长越短，越难做连续波。丁世谦团队在国际上率先研制出 148 纳米连续波真空紫外激光，解决了精准驱动钍-229 核跃迁的核心光源难题。团队自主发展的激光频率转换方法，在获得所需短波长激光的同时没有引入显著的相位噪声。
这套光源本身的技术成果，2026 年 2 月已经先发表在《自然》上（清华大学物理系官网）。
装置官方原理图里能看到这条链条的形状：两台近红外激光器输出 710 纳米和 750 纳米的光，其中一束经过 375 纳米倍频环节，再送进镉蒸气炉做频率转换，最后由布儒斯特棱镜把需要的短波长光分离出来，打在掺钍-229 的氟化钙晶体上（清华大学物理系官网）。
从近红外一路换到真空紫外，每一步都会掉效率、加噪声。团队要解的是同一道题的两头：既要拿到 148 纳米，又不能把相位噪声带进来。
光源解决之后，还要把激光频率稳定地锁定在核跃迁上，才算真正做成一台钟。这一步做通了，也就有了 10 月 7 日晚上的那篇论文。


1.4微克，一次性长出一块晶体
第二个卡点更硬：钍-229 极其稀缺。
面对这一关键资源的制约，团队做的是微量掺杂小体积晶体——用 1.4 微克钍-229，一次性成功生长出毫米尺度的高质量掺钍氟化钙晶体。单次生长所用核素，约为同期另一支独立完成该工作的团队的二百分之一（清华大学物理系官网）。
围绕这台装置，清华大学的报道给出了完整链条：自主研制的 148 纳米连续波真空紫外激光、掺钍-229 氟化钙晶体、核跃迁吸收光谱测量、闭环运行。论文通讯作者包括清华大学物理系副教授丁世谦、中国科学院上海硅酸盐研究所研究员苏良碧、中国科学院上海光学精密机械研究所研究员杭寅、北京量子信息科学研究院博士后卜文浩；共同第一作者中，有多名 00 后博士研究生（人民日报客户端）。


它是干什么用的：导航、深空探测，和检验基本常数
核光钟暂时不会出现在你家的桌子上，它的价值在另一头。
新华社的报道提到两个方向：一是卫星导航与深空探测——更高精度的时间频率基准，意味着卫星和航天器的定位与距离测量可以更准；二是基础物理——钍-229 核跃迁对基本常数变化等新物理效应有更强的灵敏度，核光钟可以作为一个新的精密测量平台。
时间测得更细，本身就会改变能做和不能做的事。导航卫星上的原子钟每差一点，地面定位就会偏出去；反过来，基准越准，同样的信号就能撑起更长的距离和更高的精度。
从这个角度看，核光钟的应用方向不是“更准的表”，而是把卫星和航天器的测距、定轨往前推一格。
固态核光钟还有一个潜在优势：小型化和工程化。目前性能最高的原子光钟仍主要运行在实验室里，把它做小、做成能搬出去用的装置，是更长远的一步（清华大学物理系官网、央广网）。
清华大学物理系主任、杨振宁高等研究院教授翟荟的评价是，核光钟有望成为新一代时间频率基准，其研制成功是本世纪以来量子精密测量领域的重要突破（新华社）。
还有一层意义在测量之外：核光钟的成功运行，意味着对量子的操控能力深入到了原子核尺度（清华大学物理系官网）。
值得一提的是，这项工作是和欧洲一支团队同期独立完成的，两边的成果共同标志着钍-229 核光钟研制成功（清华大学物理系官网）。
从数钟摆，到数铯原子，再到数原子核里的节拍——人类计时的那个“摆”，一千年来换了三次位置。这一次，它被放进了比电子云小几万倍的地方。
你觉得下一代计时基准最可能先用在哪里——卫星导航，还是基础物理实验？欢迎在评论区聊聊。