我国率先实现核光钟运行，多名00后参与

据清华大学物理系和清华新闻网公开信息，10月7日，《自然》在线发表论文《锁定至钍-229的核钟》，论文来自清华大学物理系副教授丁世谦团队及合作团队。这项成果的分量，用一句话说就是，中国团队在国际上率先实现了钍-229核光钟的运行。

欧洲团队也独立完成了类似工作。两项成果同期公布，清华方面称其团队在国际上率先实现稳定运行；这里的“率先”指首次实现稳定运行，不等于只有一个团队完成。

这件事离普通人的生活很远，但它牵着的东西其实很近。我们手机里的定位、电网的时间同步、金融系统的交易时间戳，全都建立在时间测量的精度之上。时间测得更准，能定义的技术边界就更宽。

先说清楚，核光钟到底是个什么东西

我们平时说的钟，本质都是在数一个稳定的周期。机械钟数摆锤，石英钟数晶体振荡，现在最准的原子钟，数的是原子内部电子的跃迁频率。

目前世界上最精确的时间计量靠原子光钟，最实用的靠原子微波钟，两者都利用原子中的电子跃迁。核光钟换了个思路，它用的是钍-229原子核内部的跃迁作为频率参考。

为什么换到原子核上就能更准？因为原子核的尺度远小于整个原子。丁世谦的解释是，核跃迁受外界电磁环境扰动的影响更小，所以原理上有望提供比原子光钟更高精度的频率基准。

这个道理听着简单，做起来极难，难到几十年里全世界都没人真正把核光钟跑起来。

三道难关，他们是这么过来的

第一道是光源，要精确驱动钍-229的核跃迁，需要特定波长的激光。这个团队在国际上首次研制出148纳米连续波真空紫外激光，把核心光源这道难题先解了。

第二道是材料，钍-229极其稀缺，稀缺到什么程度？团队手上当时只有1.4微克。在多方协同攻关下，他们用这1.4微克开展了微量掺杂小体积晶体研制，一次性成功生长出毫米尺度的高质量掺钍氟化钙晶体。用极少的核素资源，满足了整台核光钟的研制需求。

第三道是读取，在这块晶体基础上，团队开发了快速读取核量子态的吸收谱技术，实现了钍-229核跃迁吸收光谱测量，并把激光频率稳定锁定至核跃迁。到这一步，核光钟才算真正运行起来。


从核心光源、核钟晶体、核跃迁光谱到闭环运行，一整条技术体系是完整建起来的，不是只做了其中一段。

它有什么用，为什么值得重视

丁世谦给出的判断是，核光钟有望成为继原子微波钟和原子光钟之后的新一代时间频率标准。他还提到一个更实用的点，固态核光钟具有小型化和工程化的潜在优势。

这句话的分量在于，实验室里能跑通和能装到设备上，中间隔着一道很宽的沟。原子光钟精度极高，但设备庞大，很难搬出实验室。核光钟如果真能做成固态、小型化，那么卫星导航、深空探测、国防安全这些对高精度时间频率有需求，又必须把设备送出去或装上去的场景，就有了可用的技术选择。

除了应用，它还是一把尺子，钍-229核跃迁对基本常数变化这类新物理效应有显著增强的灵敏度，核光钟可以为检验基本物理规律提供新的精密探测平台。

它的实现还意味着，人类量子操控的能力已经深入到了原子核尺度。

论文作者名单里，有一群年轻人

这篇论文的通讯作者包括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，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，以及北京量子信息科学研究院博士后卜文浩。

值得单独说的是，论文的共同第一作者中，有多名00后博士研究生。丁世谦对此的评价很朴素，年轻的同学们分工合作、努力尝试，不断取得科研突破。

1.4微克的原料，毫米尺度的晶体，148纳米的激光，这些数字背后是一群人反复试错的过程。而这种基础研究里的突破，通常不会立刻变成产品，也不会明天就让谁的生活发生变化。它的价值在于把边界往外推了一点，而推出去的那一点，往往要过很多年才会落到具体的应用上。

对普通人来说，看到这类新闻时，其实可以做一件很简单的事，就是把它记住。十年之后回头看，很多今天不起眼的科研成果，恰恰是那时候技术格局的起点。

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